[轉]一圖讀懂JVM架構解析

每一個Java開發人員都知道字節碼經由JRE（Java運行時環境）執行。但他們或許不知道JRE實際上是由Java虛擬機（JVM）實現，JVM分析字節碼，解釋並執行它。做爲開發人員，瞭解JVM的架構是很是重要的，由於它使咱們可以編寫出更高效的代碼。本文中，咱們將深刻了解Java中的JVM架構和JVM的各個組件。

JVM

虛擬機是物理機的軟件實現。Java的設計理念是WORA（Write Once Run Anywhere，一次編寫隨處運行）。編譯器將Java文件編譯爲Java .class文件，而後將.class文件輸入到JVM中，JVM執行類文件的加載和執行的操做。請看如下的JVM架構圖：

JVM是如何工做的？

如上面架構圖所示，JVM分爲三個主要子系統：

1. 類加載器子系統（Class Loader Subsystem）
2. 運行時數據區（Runtime Data Area）
3. 執行引擎（Execution Engine）

1. 類加載器子系統

Java的動態類加載功能由類加載器子系統處理，處理過程包括加載和連接，並在類文件運行時，首次引用類時就開始實例化類文件，而不是在編譯時進行。

1.1 加載

Boot Strap類加載器，Extension類加載器和Application（類加載器是實現類加載過程的三個類加載器。

(1) Boot Strap類加載器：負責從引導類路徑加載類，除了rt.jar，它具備最高優先級；

(2) Extension 類加載器：負責加載ext文件夾（jre \ lib）中的類；

(3) Application類加載器：負責加載應用程序級類路徑，環境變量中指定的路徑等信息。

上面的類裝載器在加載類文件時遵循委託層次算法（Delegation Hierarchy Algorithm）。

1.2 連接

(1) 驗證（Verify）：字節碼驗證器將驗證生成的字節碼是否正確，若是驗證失敗，將提示驗證錯誤；

(2) 準備（Prepare）：對於全部靜態變量，內存將會以默認值進行分配；

(3) 解釋（Resolve）：有符號存儲器引用都將替換爲來自方法區（Method Area）的原始引用。

1.3 初始化

這是類加載的最後階段，全部的靜態變量都將被賦予原始值，而且靜態區塊將被執行。

2. 運行時數據區

運行時數據區可分爲5個主要組件：

(1) 方法區（Method Area）：全部的類級數據將存儲在這裏，包括靜態變量。每一個JVM只有一個方法區，它是一個共享資源；

(2) 堆區域（Heap Area）：全部對象及其對應的實例變量和數組將存儲在這裏。每一個JVM也只有一個堆區域。因爲方法和堆區域共享多個線程的內存，所存儲的數據不是線程安全的；

(3) 堆棧區（Stack Area）：對於每一個線程，將建立單獨的運行時堆棧。對於每一個方法調用，將在堆棧存儲器中產生一個條目，稱爲堆棧幀。全部局部變量將在堆棧內存中建立。堆棧區域是線程安全的，由於它不共享資源。堆棧框架分爲三個子元素：

• 局部變量數組（Local Variable Array）：與方法相關，涉及局部變量，並在此存儲相應的值
• 操做數堆棧（Operand stack）：若是須要執行任何中間操做，操做數堆棧將充當運行時工做空間來執行操做
• 幀數據（Frame Data）：對應於方法的全部符號存儲在此處。在任何異常的狀況下，捕獲的區塊信息將被保持在幀數據中；

(4) PC寄存器（PC Registers）：每一個線程都有單獨的PC寄存器，用於保存當前執行指令的地址。一旦執行指令，PC寄存器將被下一條指令更新；

(5) 本地方法堆棧（Native Method stacks）：本地方法堆棧保存本地方法信息。對於每一個線程，將建立一個單獨的本地方法堆棧。

3 執行引擎

分配給運行時數據區的字節碼將由執行引擎執行，執行引擎讀取字節碼並逐個執行。

(1) 解釋器：解釋器更快地解釋字節碼，但執行緩慢。解釋器的缺點是當一個方法被調用屢次時，每次都須要一個新的解釋；

(2) JIT編譯器：JIT編譯器消除了解釋器的缺點。執行引擎將在轉換字節碼時使用解釋器的幫助，可是當它發現重複的代碼時，將使用JIT編譯器，它編譯整個字節碼並將其更改成本地代碼。這個本地代碼將直接用於重複的方法調用，這提升了系統的性能。JIT的構成組件爲：

• 中間代碼生成器（Intermediate Code Generator）：生成中間代碼
• 代碼優化器（Code Optimizer）：負責優化上面生成的中間代碼
• 目標代碼生成器（Target Code Generator）：負責生成機器代碼或本地代碼
• 分析器（Profiler）：一個特殊組件，負責查找熱點，即該方法是否被屢次調用；

(3) 垃圾收集器(Garbage Collector)：收集和刪除未引用的對象。能夠經過調用「System.gc（）」觸發垃圾收集，但不能保證執行。JVM的垃圾回收對象是已建立的對象。

Java本機接口（JNI）：JNI將與本機方法庫進行交互，並提供執行引擎所需的本機庫。

本地方法庫（Native Method Libraries）：它是執行引擎所需的本機庫的集合。

 

轉載自 http://geek.csdn.net/news/detail/131976