[譯]一文了解JVM

原文地址：《The JVM Architecture Explained 》

每一個Java開發者都知道字節碼是被JRE(Java運行時環境)所執行的。可是許多人並不知道實際上JRE是Java虛擬機（JVM）的實現。它分析字節碼，解釋代碼並執行它。做爲一個開發者，瞭解JVM的體系結構是很是重要的，由於它使咱們能更有效的編寫代碼。在這篇文章中，咱們將更深刻的瞭解Java中的JVM體系結構和JVM的不一樣組件。

什麼是JVM?

虛擬機是物理機器的軟件實現。Java語言當時是基於編寫一次處處運行的理念被開發出來的，其中處處運行指的是運行在虛擬機上。編譯器將java文件編譯成.class文件，而後.class文件被輸入到JVM中，JVM會加載並運行這些.class文件。下圖展現了JVM的體系結構。

JVM體系結構

JVM是如何工做的？

正如上圖展現的，JVM被分爲如下三個主要的子系統：

1. 類加載器
2. 運行時數據區域
3. 執行引擎

1.類加載器

Java的動態類加載功能是由類加載子系統處理。它加載，連接，並初始化類（當在運行時第一次引用該類時）。

1.1加載

類都經過該組件進行加載。BootStrap ClassLoader、 Extension ClassLoader、Application ClassLoader這三個類加載器協同完成這個目標。

• BootStrap ClassLoader：負責從引導類路徑加載類，除了rt.jar。將給予此加載程序最高優先級。
• Extension ClassLoader：負責加載ext文件夾中的類。
• Application ClassLoader：負責從應用程序類路徑加載類。

以上這些類加載器將遵循雙親委託機制裝載類文件。（即當一個類須要加載時，先從Bootstrap加載，沒有的話，再從Extension加載，仍是沒有的話，才從Application加載。）

1.2連接

1. 驗證：字節碼驗證器將會驗證生成的字節碼正確與否。若是驗證失敗，咱們將獲得驗證錯誤信息。
2. 準備：爲全部靜態變量開闢內存空間並賦默認值。
3. 解析：將全部符號引用替換爲方法區中的原始引用。

1.3初始化

這是類加載的最後階段。全部靜態變量將會被賦予初始值而且靜態構造塊將會被執行。

2.運行時數據區

運行時數據區被分爲五個主要的區域。

1. 方法區：全部類級別的數據將會被存於此處。包括靜態變量。一個虛擬機僅有一個方法區。它屬於共享資源。
2. 堆區：全部對象及對象中的實例變量和數組都將存於此處。一個虛擬機也僅有一個堆區。由於方法區和堆區在多線程狀況下是共享內存的，因此存於其中的數據並不是線程安全的。
3. 虛擬機棧：對於每個線程，都將建立一個單獨的運行時方法棧。對於每個方法調用，棧中都會生成一個棧幀。全部本地變量都將在棧中建立。棧區域是線程安全的，由於它並不是共享資源。棧幀又被分爲三個主要組成：
   1. 局部變量數組：與方法相關，涉及多少局部變量以及相應的值將存在這裏。
   2. 操做數棧：若是須要執行任何中間操做，操做數棧充當運行時工做區來執行操做。
   3. 幀數據：與該方法對應的全部符號都存儲在這裏。在任何異常的狀況下，catch塊信息將會保存在幀數據中。
4. 程序計數器：每一個線程都擁有獨立的程序計數器。它保存當前執行指令的地址，一旦指令執行，程序計數器將更新爲下一條指令。
5. 本地方法棧：本地方法棧保存了本地方法調用信息。對於每個線程，都會建立獨立的本地方法棧。

3.執行引擎

分配到運行時數據區的字節碼將會被執行引擎執行。執行引擎將會讀取字節碼並逐個執行。

1. 解釋器：解釋器解釋字節碼快，但執行慢。而且在屢次調用同一個方法時，都須要從新解釋。

2. JIT編譯器：JIT編譯器彌補瞭解釋器的缺點。執行引擎會藉助解釋器去轉換字節碼。可是當它發現有重複的代碼時，會使用JIT去編譯整份字節碼並將它改成本地代碼。本地代碼將會被直接使用在重複的方法調用，從而提升系統的性能。

   1. 中間代碼生成器：生成中間代碼
   2. 代碼優化器：負責優化中間代碼
   3. 目標代碼生成器：負責生成機器碼或本地代碼
   4. 分析器：特殊組件，負責發現熱點代碼，即方法是否被屢次調用。

3. 垃圾回收器：回收和刪除未被引用的對象。垃圾回收可被System.gc()方法觸發，可是不保證立馬執行。

筆者我的翻譯，若有錯誤請網友評論區指正。

轉自個人我的博客 vc2x.com