一图读懂JVM架构解析

本文阐述了JVM的构成和组件,配图清晰易懂,是学习Java开发者的入门必读文章。

每个Java开发人员都知道字节码经由JRE(Java运行时环境)执行。但他们或许不知道JRE其实是由Java虚拟机(JVM)实现,JVM分析字节码,解释并执行它。作为开发人员,了解JVM的架构是非常重要的,因为它使我们能够编写出更高效的代码。本文中,我们将深入了解Java中的JVM架构和JVM的各个组件。

JVM

虚拟机是物理机的软件实现。Java的设计理念是WORA(Write Once Run Anywhere,一次编写随处运行)。编译器将Java文件编译为Java .class文件,然后将.class文件输入到JVM中,JVM执行类文件的加载和执行的操作。请看以下的JVM架构图:

JVM是如何工作的?

如上面架构图所示,JVM分为三个主要子系统:

  • 类加载器子系统(Class Loader Subsystem)
  • 运行时数据区(Runtime Data Area)
  • 执行引擎(Execution Engine)

1. 类加载器子系统

Java的动态类加载功能由类加载器子系统处理,处理过程包括加载和链接,并在类文件运行时,首次引用类时就开始实例化类文件,而不是在编译时进行。

1.1 加载

Boot Strap类加载器,Extension类加载器和Application(类加载器是实现类加载过程的三个类加载器。

(1) Boot Strap类加载器:负责从引导类路径加载类,除了rt.jar,它具有最高优先级;

(2) Extension 类加载器:负责加载ext文件夹(jre \ lib)中的类;

(3) Application类加载器:负责加载应用程序级类路径,环境变量中指定的路径等信息。

上面的类装载器在加载类文件时遵循委托层次算法(Delegation Hierarchy Algorithm)。

1.2 链接

(1) 验证(Verify):字节码验证器将验证生成的字节码是否正确,如果验证失败,将提示验证错误;

(2) 准备(Prepare):对于所有静态变量,内存将会以默认值进行分配;

(3) 解释(Resolve):有符号存储器引用都将替换为来自方法区(Method Area)的原始引用。

1.3 初始化

这是类加载的最后阶段,所有的静态变量都将被赋予原始值,并且静态区块将被执行。

2. 运行时数据区

运行时数据区可分为5个主要组件:

(1) 方法区(Method Area):所有的类级数据将存储在这里,包括静态变量。每个JVM只有一个方法区,它是一个共享资源;

(2) 堆区域(Heap Area):所有对象及其对应的实例变量和数组将存储在这里。每个JVM也只有一个堆区域。由于方法和堆区域共享多个线程的内存,所存储的数据不是线程安全的;

(3) 堆栈区(Stack Area):对于每个线程,将创建单独的运行时堆栈。对于每个方法调用,将在堆栈存储器中产生一个条目,称为堆栈帧。所有局部变量将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的,因为它不共享资源。堆栈框架分为三个子元素:

  • 局部变量数组(Local Variable Array):与方法相关,涉及局部变量,并在此存储相应的值
  • 操作数堆栈(Operand stack):如果需要执行任何中间操作,操作数堆栈将充当运行时工作空间来执行操作
  • 帧数据(Frame Data):对应于方法的所有符号存储在此处。在任何异常的情况下,捕获的区块信息将被保持在帧数据中;

(4) PC寄存器(PC Registers):每个线程都有单独的PC寄存器,用于保存当前执行指令的地址。一旦执行指令,PC寄存器将被下一条指令更新;

(5) 本地方法堆栈(Native Method stacks):本地方法堆栈保存本地方法信息。对于每个线程,将创建一个单独的本地方法堆栈。

3.执行引擎

分配给运行时数据区的字节码将由执行引擎执行,执行引擎读取字节码并逐个执行。

(1) 解释器:解释器更快地解释字节码,但执行缓慢。解释器的缺点是当一个方法被调用多次时,每次都需要一个新的解释;

(2) JIT编译器:JIT编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在转换字节码时使用解释器的帮助,但是当它发现重复的代码时,将使用JIT编译器,它编译整个字节码并将其更改为本地代码。这个本地代码将直接用于重复的方法调用,这提高了系统的性能。JIT的构成组件为:

  • 中间代码生成器(Intermediate Code Generator):生成中间代码
  • 代码优化器(Code Optimizer):负责优化上面生成的中间代码
  • 目标代码生成器(Target Code Generator):负责生成机器代码或本地代码
  • 分析器(Profiler):一个特殊组件,负责查找热点,即该方法是否被多次调用;

(3) 垃圾收集器(Garbage Collector):收集和删除未引用的对象。可以通过调用“System.gc()”触发垃圾收集,但不能保证执行。JVM的垃圾回收对象是已创建的对象。

Java本机接口(JNI):JNI将与本机方法库进行交互,并提供执行引擎所需的本机库。

本地方法库(Native Method Libraries):它是执行引擎所需的本机库的集合。

原文发布于微信公众号 - CSDN技术头条(CSDN_Tech)

原文发表时间:2017-01-04

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏Android 研究

Retrofit解析2之使用简介

前面介绍完RESTful之后,我们先来初步认识下Retrofit的使用"姿势"。本文的主要内容如下:

3423
来自专栏编程

autoload自动加载机制使用

在PHP开发过程中,如果希望从外部引入一个class,通常会使用include和require方法,去把定义这个class的文件包含进来,但是这样可能会使得在...

21010
来自专栏zingpLiu

浅析Python多线程

学习Python多线程的资料很多,吐槽Python多线程的博客也不少。本文主要介绍Python多线程实际应用,且假设读者已经了解多线程的基本概念。如果读者对进程...

1818
来自专栏CodingToDie

Python学习(七):模块 优雅的封装

第7 章 模块 优雅的封装 Table of Contents Python中的模块 使用模块 定义模块 建议 模块的安装 模块搜索路径 作用域 编程是一种美德...

7724
来自专栏程序员互动联盟

【答疑解惑】如何避免程序崩溃之一

避免程序崩溃,有很多方法,分别针对不同的崩溃原因,我今天想谈谈一种程序员经常碰到的、不管是初学者甚至编程老手都经常犯的错误,就是程序运行时栈的崩溃。 这种错误相...

3628
来自专栏区块链

GoAHEAD嵌入式WEB SERVER漏洞概览

GOAHEAD由于开源、简单、轻巧、功能强大、多平台等特点,主要运用于嵌入式设备上。考虑到如路由器等等的使用场景等加上出现的漏洞情况等等,使得其漏洞利用难度也会...

2136
来自专栏吴生的专栏

谁说深入浅出虚拟机难?现在我让他通俗易懂(JVM)

1:什么是JVM 大家可以想想,JVM 是什么?JVM是用来干什么的?在这里我列出了三个概念,第一个是JVM,第二个是JDK,第三个是JRE。相信大家对这三个不...

3866
来自专栏java一日一条

ava多线程:volatile变量、happens-before关系及内存一致性

请参考来自 Jean-philippe Bempel 的评论。他提到了一个真实因 JVM 优化导致死锁的例子。我尽可能多地写博客的原因之一是一旦自己理解错了,可...

732
来自专栏测试开发架构之路

【总结】梳理下接口功能测试

1253
来自专栏我的博客

CI基础知识笔记

1.知识点 $config[‘url_suffix’] = ”;//url后缀 $config[‘enable_query_strings’] = FALS...

2793

扫码关注云+社区