[译]一文了解JVM

原文地址：《The JVM Architecture Explained 》

每一个Java开发者都知道字节码是被JRE(Java运行时环境)所执行的。可是许多人并不知道实际上JRE是Java虚拟机（JVM）的实现。它分析字节码，解释代码并执行它。做为一个开发者，了解JVM的体系结构是很是重要的，由于它使咱们能更有效的编写代码。在这篇文章中，咱们将更深刻的了解Java中的JVM体系结构和JVM的不一样组件。

什么是JVM?

虚拟机是物理机器的软件实现。Java语言当时是基于编写一次处处运行的理念被开发出来的，其中处处运行指的是运行在虚拟机上。编译器将java文件编译成.class文件，而后.class文件被输入到JVM中，JVM会加载并运行这些.class文件。下图展现了JVM的体系结构。

JVM体系结构

JVM是如何工做的？

正如上图展现的，JVM被分为如下三个主要的子系统：

1. 类加载器
2. 运行时数据区域
3. 执行引擎

1.类加载器

Java的动态类加载功能是由类加载子系统处理。它加载，连接，并初始化类（当在运行时第一次引用该类时）。

1.1加载

类都经过该组件进行加载。BootStrap ClassLoader、 Extension ClassLoader、Application ClassLoader这三个类加载器协同完成这个目标。

• BootStrap ClassLoader：负责从引导类路径加载类，除了rt.jar。将给予此加载程序最高优先级。
• Extension ClassLoader：负责加载ext文件夹中的类。
• Application ClassLoader：负责从应用程序类路径加载类。

以上这些类加载器将遵循双亲委托机制装载类文件。（即当一个类须要加载时，先从Bootstrap加载，没有的话，再从Extension加载，仍是没有的话，才从Application加载。）

1.2连接

1. 验证：字节码验证器将会验证生成的字节码正确与否。若是验证失败，咱们将获得验证错误信息。
2. 准备：为全部静态变量开辟内存空间并赋默认值。
3. 解析：将全部符号引用替换为方法区中的原始引用。

1.3初始化

这是类加载的最后阶段。全部静态变量将会被赋予初始值而且静态构造块将会被执行。

2.运行时数据区

运行时数据区被分为五个主要的区域。

1. 方法区：全部类级别的数据将会被存于此处。包括静态变量。一个虚拟机仅有一个方法区。它属于共享资源。
2. 堆区：全部对象及对象中的实例变量和数组都将存于此处。一个虚拟机也仅有一个堆区。由于方法区和堆区在多线程状况下是共享内存的，因此存于其中的数据并不是线程安全的。
3. 虚拟机栈：对于每个线程，都将建立一个单独的运行时方法栈。对于每个方法调用，栈中都会生成一个栈帧。全部本地变量都将在栈中建立。栈区域是线程安全的，由于它并不是共享资源。栈帧又被分为三个主要组成：
   1. 局部变量数组：与方法相关，涉及多少局部变量以及相应的值将存在这里。
   2. 操做数栈：若是须要执行任何中间操做，操做数栈充当运行时工做区来执行操做。
   3. 帧数据：与该方法对应的全部符号都存储在这里。在任何异常的状况下，catch块信息将会保存在帧数据中。
4. 程序计数器：每一个线程都拥有独立的程序计数器。它保存当前执行指令的地址，一旦指令执行，程序计数器将更新为下一条指令。
5. 本地方法栈：本地方法栈保存了本地方法调用信息。对于每个线程，都会建立独立的本地方法栈。

3.执行引擎

分配到运行时数据区的字节码将会被执行引擎执行。执行引擎将会读取字节码并逐个执行。

1. 解释器：解释器解释字节码快，但执行慢。而且在屡次调用同一个方法时，都须要从新解释。

2. JIT编译器：JIT编译器弥补了解释器的缺点。执行引擎会借助解释器去转换字节码。可是当它发现有重复的代码时，会使用JIT去编译整份字节码并将它改成本地代码。本地代码将会被直接使用在重复的方法调用，从而提升系统的性能。

   1. 中间代码生成器：生成中间代码
   2. 代码优化器：负责优化中间代码
   3. 目标代码生成器：负责生成机器码或本地代码
   4. 分析器：特殊组件，负责发现热点代码，即方法是否被屡次调用。

3. 垃圾回收器：回收和删除未被引用的对象。垃圾回收可被System.gc()方法触发，可是不保证立马执行。

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转自个人我的博客 vc2x.com