快來查看JVM不同組件的概述以及非常有用的圖表。

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每個(gè)Java開發(fā)人員都知道字節(jié)碼將由JRE（Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境）執(zhí)行。但是，許多人并不知道JRE是Java虛擬機(jī)（JVM）的實(shí)現(xiàn)，它可以分析字節(jié)碼，解釋代碼并執(zhí)行它。作為開發(fā)人員，了解JVM的體系結(jié)構(gòu)非常重要，因?yàn)樗刮覀兡軌蚋咝У鼐帉懘a。在本文中，我們將更深入地了解Java中的JVM體系結(jié)構(gòu)以及JVM的不同組件。

什么是JVM？

一個(gè)虛擬機(jī)是一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)物理機(jī)。Java是根據(jù)WORA（可在任何地方運(yùn)行一次寫入）的概念開發(fā)的，該概念可在VM上運(yùn)行。該編譯器編譯Java文件轉(zhuǎn)換成一個(gè)Java 的.class文件，則該.class文件輸入到JVM，它加載并執(zhí)行類文件。下圖是JVM的體系結(jié)構(gòu)圖。

JVM體系結(jié)構(gòu)圖

JVM如何工作？

如上面的架構(gòu)圖所示，JVM分為三個(gè)主要子系統(tǒng)：

ClassLoader子系統(tǒng)

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

執(zhí)行引擎

1. ClassLoader子系統(tǒng)

Java的動(dòng)態(tài)類加載功能由ClassLoader子系統(tǒng)處理。它加載，鏈接。并在運(yùn)行時(shí)（而非編譯時(shí)）首次引用類時(shí)初始化類文件。

1.1加載

類將由此組件加載。BootStrap ClassLoader，擴(kuò)展ClassLoader和Application ClassLoader是有助于實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的三個(gè)ClassLoader。

BootStrap ClassLoader –負(fù)責(zé)從引導(dǎo)類路徑中加載類，僅用于rt.jar。最高優(yōu)先級(jí)將給予此加載程序。

擴(kuò)展ClassLoader –負(fù)責(zé)加載ext文件夾（jre \ lib）內(nèi)的類。

Application ClassLoader –負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序級(jí)別的類路徑，提到的環(huán)境變量路徑等。

上面的ClassLoader在加載類文件時(shí)將遵循委托層次算法。

1.2連結(jié)

驗(yàn)證 -字節(jié)碼驗(yàn)證程序?qū)Ⅱ?yàn)證生成的字節(jié)碼是否正確，如果驗(yàn)證失敗，我們將收到驗(yàn)證錯(cuò)誤。

準(zhǔn)備 –將為所有靜態(tài)變量分配內(nèi)存并為其分配默認(rèn)值。

解決 –將所有符號(hào)內(nèi)存引用替換為“方法區(qū)域”中的原始引用。

1.3初始化

這是ClassLoading的最后階段；在此，所有靜態(tài)變量將被分配原始值，并且將執(zhí)行靜態(tài)塊。

2.運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)分為五個(gè)主要部分：

方法區(qū)域–所有類級(jí)別的數(shù)據(jù)（包括靜態(tài)變量）都將存儲(chǔ)在此處。每個(gè)JVM只有一個(gè)方法區(qū)域，它是共享資源。

堆區(qū)–所有對(duì)象及其對(duì)應(yīng)的實(shí)例變量和數(shù)組將存儲(chǔ)在此處。每個(gè)JVM還有一個(gè)堆區(qū)。由于“方法”和“堆”區(qū)域共享多個(gè)線程的內(nèi)存，因此存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不是線程安全的。

堆棧區(qū)–對(duì)于每個(gè)線程，將創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)行時(shí)堆棧。對(duì)于每個(gè)方法調(diào)用，將在堆棧存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)條目，稱為堆棧幀。所有局部變量都將在堆棧存儲(chǔ)器中創(chuàng)建。堆棧區(qū)域不是共享資源，因此是線程安全的。堆?？蚣芊譃槿齻€(gè)子實(shí)體：局部變量數(shù)組 –與該方法有關(guān)，涉及多少局部變量，并且相應(yīng)的值將存儲(chǔ)在此處。操作數(shù)堆棧 –如果需要執(zhí)行任何中間操作，則操作數(shù)堆棧充當(dāng)執(zhí)行該操作的運(yùn)行時(shí)工作區(qū)。幀數(shù)據(jù) –與該方法相對(duì)應(yīng)的所有符號(hào)都存儲(chǔ)在此處。在任何例外情況下，捕獲塊信息將保留在幀數(shù)據(jù)中。

PC寄存器 –每個(gè)線程將具有單獨(dú)的PC寄存器，以在執(zhí)行指令后保存當(dāng)前執(zhí)行指令的地址，PC寄存器將用下一條指令進(jìn)行更新。

本機(jī)方法堆棧 –本機(jī)方法堆棧保存本機(jī)方法信息。對(duì)于每個(gè)線程，將創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的本機(jī)方法堆棧。

3.執(zhí)行引擎

分配給運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)碼將由執(zhí)行引擎執(zhí)行。執(zhí)行引擎讀取字節(jié)碼并逐段執(zhí)行。

解釋器–解釋器解釋字節(jié)碼的速度較快，但執(zhí)行速度較慢。解釋器的缺點(diǎn)是，當(dāng)多次調(diào)用一種方法時(shí)，每次都需要新的解釋。

JIT編譯器– JIT編譯器消除了解釋器的缺點(diǎn)。執(zhí)行引擎將使用解釋器的幫助來轉(zhuǎn)換字節(jié)碼，但是當(dāng)發(fā)現(xiàn)重復(fù)的代碼時(shí)，它將使用JIT編譯器，該編譯器將編譯整個(gè)字節(jié)碼并將其更改為本地代碼。此本地代碼將直接用于重復(fù)的方法調(diào)用，從而提高系統(tǒng)的性能。中間代碼生成器–產(chǎn)生中間代碼代碼優(yōu)化器–負(fù)責(zé)優(yōu)化上面生成的中間代碼目標(biāo)代碼生成器–負(fù)責(zé)生成機(jī)器代碼或本機(jī)代碼Profiler–一個(gè)特殊的組件，負(fù)責(zé)查找熱點(diǎn)，即是否多次調(diào)用該方法。

垃圾收集器：收集并刪除未引用的對(duì)象。垃圾回收可以通過調(diào)用觸發(fā)System.gc()，但不能保證執(zhí)行。JVM的垃圾收集收集創(chuàng)建的對(duì)象。

Java本機(jī)接口（JNI）：JNI將與本機(jī)方法庫進(jìn)行交互，并提供執(zhí)行引擎所需的本機(jī)庫。

本機(jī)方法庫：這是本機(jī)庫的集合，這是執(zhí)行引擎所需的。