【译】JVM框架说明

JVM框架说明

java开发者都知道JRE(Java Runtime Environment)会执行字节码。但是可能大多数人都不知道一个事实：JRE是JVM的实现，它分析字节码，解释并执行代码。作为一个开发者，了解JVM的架构是非常重要的，这会让我们写的代码更有效率。本文会深入学习JVM架构和它的各个重要组件。

什么是JVM

虚拟机是物理机器的软件实现。JAVA被设计成WORA(Write Once Run Anywhere), java程序是运行在虚拟机上的。编译器将java文件编译成.class文件，然后将.class文件载入到JVM，这一步会加载和执行class文件。下面的图是展示了JVM的架构。

JVM 架构图

JVM如何工作

如上图所示，jvm主要分成三个子系统

• 类加载系统
• 运行时数据区
• 执行引擎

类加载系统

java的动态类加载功能在类加载子系统中实现。当第一次在运行时（不是在编译时）涉及到一个class时，它会加载，链接并初始化类文件。

• 加载：类会通过这个组件加载。根加载器(rt.jar)，扩展加载器(jrelibext)和系统加载器(classpath下的)是其主要的工具。

• 链接：主要分层三步

  1. 检查：判断其字节码是否符合虚拟器要求
  2. 准备：分配静态变量的空间，同时赋缺省值
  3. 解析：解析符号链接，链接到方法区的引用上去。
• 初始化：给静态变量赋初值，并执行静态代码区

运行时数据区

运行时数据区分成5个组件

1. 方法区：保存所有类数据，包括静态变量。一个jvm对应一个方法区。
2. 堆 ：保存所有的对象，对象中的变量以及数组。一个jvm对应一个堆。因为多个线程共享一个方法区和堆，所以数据保存不是线程安全的。
3. 栈：每一个线程都会创建一个运行时的栈。对于每一个方法调用，都会在栈中创建一个栈帧。栈中保存了所有的本地变量。栈是线程安全的，因为它是线程独享资源。
4. PC寄存器：每个线程有一个PC寄存器，用来记录当前执行指令的地址，当一条指令执行完毕，它就会指向下一条指令。
5. 本地方法栈：保存了本地方法的信息，每个线程会创建自己的本地方法栈。

执行引擎

字节码加载到运行时数据区后，会被执行引擎执行。执行引擎读取字节码文件，逐个执行。

1. 解释器：更快的解释字节码，但是执行非常慢。其缺点是当多次调用一个方法时，每次都会创建新的解释器。
2. JIT编译器：JIT编译器弥补了解释器的缺点。执行引擎会使用解释器来转换字节码，当发现重复的代码时就会使用JIT编译器，它会编译整个字节码，将之转换为本地代码，这个本地代码会直接用于多次的方法调用，以此来改进系统的性能。
3. 垃圾收集：收集并移除不再被使用的对象。可以通过代码system.gc()来触发垃圾收集，