JVM整体架构，你了解吗

Posted 2021-08-13 格子衫111

JVM整体架构

根据 JVM 规范，JVM 内存共分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器五个部分。


JVM分为五大模块：
类装载器子系统 、 运行时数据区 、 执行引擎 、 本地方法接口 和 垃圾收集模块

如上图所示，JVM 主要分为三个子系统：类加载器、运行时数据区和执行引擎。

1. 类装载器子系统

它主要功能是处理类的动态加载，还有链接，并且在第一次引用类时进行初始化。

Loading - 加载，顾名思义，用于加载类，它有三种类加载器，根据双亲委托模型，从不同路径进行加载：

• Bootstrap ClassLoader - 加载 rt.jar 核心类库，是优先级最高的加载器
• Extension ClassLoader - 负责加载 jre\\lib\\ext 文件夹中的类
• Application ClassLoader -负责加载CLASSPATH 指定的类库

Linking - 链接，动态链接到运行时所需的资源，分为三步：

• Verify - 验证：验证生成的字节码是否正确
• Prepare - 准备：为所有静态变量，分配内存并赋予默认值
• Resolve - 解析：将 class 文件常量池中所有对内存的符号引用，替换成到方法区的直接引用

Initialization - 类初始化，类加载的最后阶段，这里对静态变量进行赋值，并执行静态块。（注意区分对象初始化）

2. 运行时数据区

Java 虚拟机有自动内存管理机制，如果出现内存方面的问题，排查错误就必须要了解虚拟机是怎样使用内存的。

Java7和Java8内存结构的不同主要体现在方法区的实现
方法区是java虚拟机规范中定义的一种概念上的区域，不同的厂商可以对虚拟机进行不同的实现。

我们通常使用的Java SE都是由Sun JDK和OpenJDK所提供，这也是应用最广泛的版本。而该版本使用的VM就是HotSpot VM。通常情况下，我们所讲的java虚拟机指的就是HotSpot的版本。

JDK7 内存结构

JDK8 的内存结构

针对JDK8虚拟机内存详解

JDK7和JDK8变化小结

线程私有的：
①程序计数器
②虚拟机栈
③本地方法栈

线程共享的：
①堆
②方法区
直接内存(非运行时数据区的一部分)

• PC 寄存器（程序计数器）：保存正在执行的字节码指令的地址
• 栈：在方法调用时，创建一个叫栈帧的数据结构，用于存储局部变量和部分过程的结果，栈帧由以下几部分组成：
  局部变量表：存储方法调用时传递的参数，从0开始存储this、方法参数、局部变量
  操作数栈：执行中间操作，存储从局部变量表或对象实例字段复制的常量或变量值，以及操作结果，另外，还用来准备被调用方法的参数和接受方法调用的返回结果
  动态链接：一个指向运行时常量池的引用，将 class 文件中的符号引用（描述一个方法调用了其他方法或访问成员变量）转为直接引用
  方法返回地址：方法正常退出或抛出异常退出，返回方法被调用的位置
• 堆：存储类实例对象和数组对象，垃圾回收的主要区域
• 方法区：也被称为元空间，还有个别名 non-heap（非堆），使用本地内存存储 class meta-data 元数据（运行时常量池，字段和方法的数据，构造函数和方法的字节码等），在 JDK 8 中，把 interned String 和类静态变量移动到了 Java 堆
• 本地方法栈：与 JVM 栈类似，只不过服务于 Native 方法

3. 执行引擎

运行时数据区存储着要执行的字节码，执行引擎将会读取并逐个执行。

Interpreter - 解释器，它对字节码的解释很快，但执行慢，有个缺点是，当方法被多次调用时，每次都需要重新解释。

JIT Compiler- JIT编译器， 解决了解释器的缺点，仍使用解释器来转换字节代码，但发现有代码重复执行时，会使用 JIT 编译器，将整个字节码编译成本地代码，将本地代码用于重复调用，从而提高系统的性能，有以下几部分组成：

• 中间代码生成器 - 生成中间代码 代码优化器
• 负责优化上面生成的中间代码 目标代码生成器
• 负责生成机器代码或本地代码
• Profiler 一个特殊组件，负责查找热点，判断该方法是否被多次调用

4. Garbage Collector- 垃圾收集器

收集和删除未引用的对象。

另外，还包括执行引擎所需的本地库(Native Method Libraries)和与其交互的 JNI 接口(Java Native Interface)。