JVM 如何工作——JVM 架构？

原文:https://www.geeksforgeeks.org/jvm-works-jvm-architecture/

JVM(Java 虚拟机)充当运行 Java 应用程序的运行时引擎。JVM 实际上是调用 java 代码中存在的 main 方法。JVM 是 Java 运行时环境的一部分。

Java 应用程序被称为 WORA(写一次运行在任何地方)。这意味着程序员可以在一个系统上开发 Java 代码，并可以期望它在任何其他支持 Java 的系统上运行，而无需任何调整。这都是可能的，因为有了 JVM。

当我们编译一个的时候。java 文件，。类文件(包含字节码)与中的类名相同。java 文件均由 java 编译器生成。这个。类文件在运行时会进入不同的步骤。这些步骤一起描述了整个 JVM。

jvm

类装载机子系统

它主要负责三项活动。

  • 装货
  • 连接
  • 初始化

加载:类加载器读取”。类“文件，生成相应的二进制数据并保存在方法区。对于每一个“”。类"文件，JVM 在方法区存储以下信息。

  • 加载的类及其直接父类的完全限定名。
  • 是否。类“文件与类或接口或枚举相关。
  • 修饰符、变量和方法信息等。

加载“”后。类"文件，JVM 创建一个 class 类型的对象来表示堆内存中的这个文件。请注意，该对象的类型是在 java.lang 包中预定义的类。程序员可以使用这些类对象来获取类级别的信息，如类名、父名称、方法和变量信息等。为了得到这个对象引用，我们可以使用对象类的 getClass() 方法。

Java 语言(一种计算机语言，尤用于创建网站)

// A Java program to demonstrate working
// of a Class type object created by JVM
// to represent .class file in memory.
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

// Java code to demonstrate use
// of Class object created by JVM
public class Test {
    public static void main(String[] args)
    {
        Student s1 = new Student();

        // Getting hold of Class
        // object created by JVM.
        Class c1 = s1.getClass();

        // Printing type of object using c1.
        System.out.println(c1.getName());

        // getting all methods in an array
        Method m[] = c1.getDeclaredMethods();
        for (Method method : m)
            System.out.println(method.getName());

        // getting all fields in an array
        Field f[] = c1.getDeclaredFields();
        for (Field field : f)
            System.out.println(field.getName());
    }
}

// A sample class whose information
// is fetched above using its Class object.
class Student {
    private String name;
    private int roll_No;

    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    public int getRoll_no() { return roll_No; }
    public void setRoll_no(int roll_no)
    {
        this.roll_No = roll_no;
    }
}

Output

Student
getName
setName
getRoll_no
setRoll_no
name
roll_No

注:每装一个“”。类“文件中，只创建了类的一个对象。

Student s2 = new Student();
// c2 will point to same object where 
// c1 is pointing
Class c2 = s2.getClass();
System.out.println(c1==c2); // true

链接:执行验证、准备和(可选)解析。

  • 验证:保证的正确性。类文件，即检查该文件是否正确格式化，是否由有效的编译器生成。如果验证失败，我们会得到运行时异常。这个活动由组件字节码验证器完成。一旦这个活动完成，类文件就可以编译了。
  • 准备 : JVM 为类变量分配内存，并将内存初始化为默认值。
  • 解析:是用直接引用替换类型中符号引用的过程。这是通过搜索方法区域来定位被引用的实体来完成的。

初始化:在这个阶段，所有静态变量都被赋予了它们在代码和静态块(如果有的话)中定义的值。这在类中从上到下执行，在类层次结构中从父级到子级执行。 一般有三类装载机:

  • 引导类加载器:每个 JVM 实现都必须有一个引导类加载器，能够加载可信类。它加载存在于“JAVA _ HOME/JRE/lib”目录中的核心 java API 类。这条路径通常被称为引导路径。它是用 C、C++等本机语言实现的。
  • 扩展类加载器:是引导类加载器的子级。它加载扩展目录“JAVA _ HOME/JRE/lib/ext”(扩展路径)或由 java.ext.dirs 系统属性指定的任何其他目录中存在的类。它是由sun . misc . launcher $ ExtClassLoader类在 java 中实现的。
  • 系统/应用类加载器:是扩展类加载器的子级。它负责从应用程序类路径加载类。它在内部使用映射到 java.class.path 的环境变量，也由sun . misc . launcher $ appclass loader类在 java 中实现。

Java 语言(一种计算机语言，尤用于创建网站)

// Java code to demonstrate Class Loader subsystem
public class Test {
    public static void main(String[] args)
    {
        // String class is loaded by bootstrap loader, and
        // bootstrap loader is not Java object, hence null
        System.out.println(String.class.getClassLoader());

        // Test class is loaded by Application loader
        System.out.println(Test.class.getClassLoader());
    }
}

Output

null
jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@8bcc55f

注意: JVM 遵循委托-层次原则加载类。系统类加载器将加载请求委托给扩展类加载器，扩展类加载器将请求委托给引导类加载器。如果在引导路径中找到一个类，则加载该类，否则请求再次传输到扩展类加载器，然后传输到系统类加载器。最后，如果系统类加载器加载类失败，那么我们得到运行时异常Java . lang . class notfoundexception。

jvm

JVM 内存

  1. 方法区:在方法区，类名称、直接父类名、方法和变量信息等所有类级信息。包括静态变量。每个 JVM 只有一个方法区域，它是一个共享资源。
  2. 堆区:所有对象的信息都存储在堆区。每个 JVM 还有一个堆区。它也是一种共享资源。
  3. 栈区:对于每个线程，JVM 创建一个运行时栈，存储在这里。这个堆栈的每个块都被称为激活记录/堆栈帧，它存储方法调用。该方法的所有局部变量都存储在相应的框架中。线程终止后，其运行时堆栈将被 JVM 销毁。它不是共享资源。
  4. PC 寄存器:存储线程当前执行指令的地址。显然，每个线程都有单独的个人电脑寄存器。
  5. 本机方法堆栈:对于每个线程，都会创建一个单独的本机堆栈。它存储本机方法信息。

jvm2

执行引擎

执行引擎执行“”。类“”(字节码)。它逐行读取字节码，使用各种存储区域中的数据和信息，并执行指令。它可以分为三个部分:

  • 解释器:逐行解释字节码，然后执行。这里的缺点是，当一个方法被多次调用时，每次都需要解释。
  • 准时制编译器(JIT) :用于提高解释器的效率。它编译整个字节码，并将其更改为本机代码，因此每当解释器看到重复的方法调用时，JIT 都会为该部分提供直接的本机代码，因此不需要重新解释，从而提高了效率。
  • 垃圾收集器:销毁未引用的对象。关于垃圾收集器的更多信息，请参考垃圾收集器。

Java 本机接口(JNI) :

它是一个与本机方法库交互的接口，并提供执行所需的本机库(C，C++)。它使 JVM 能够调用 C/C++库，并被特定于硬件的 C/C++库调用。

本地方法库:

它是执行引擎所需的本机库(C，C++)的集合。

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