JVM的組成部分有什么

JVM（Java Virtual Machine）主要由以下幾個(gè)核心組成部分構(gòu)成：

1. 類加載器子系統(tǒng) (Class Loader Subsystem)

• 職責(zé)： 負(fù)責(zé)加載類文件（.class 文件）到 JVM 中。

• 主要組件：

  • 啟動(dòng)類加載器 (Bootstrap Class Loader):
    • 負(fù)責(zé)加載 Java 核心類庫（<JAVA_HOME>/jre/lib 目錄下的 rt.jar、resources.jar 等）。
    • 是用 native code（C/C++）實(shí)現(xiàn)的，不是 Java 類。
    • 它是所有類加載器的根。
  • 擴(kuò)展類加載器 (Extension Class Loader):
    • 負(fù)責(zé)加載 Java 擴(kuò)展類庫（<JAVA_HOME>/jre/lib/ext 目錄下的 jar 包，或者由 java.ext.dirs 系統(tǒng)屬性指定的目錄）。
    • 是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 的實(shí)例。
  • 應(yīng)用程序類加載器 (Application Class Loader/System Class Loader):
    • 負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序的類（classpath 下的類）。
    • 是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 的實(shí)例。
    • 通常是默認(rèn)的類加載器。
  • 自定義類加載器 (User-Defined Class Loader):
    • 開發(fā)者可以自定義類加載器，繼承 java.lang.ClassLoader 類，實(shí)現(xiàn)特殊的類加載邏輯（例如，從網(wǎng)絡(luò)加載類、從數(shù)據(jù)庫加載類、對(duì)類進(jìn)行加密解密等）。

• 類加載機(jī)制：

  • 雙親委派模型 (Parent Delegation Model):
    • 當(dāng)一個(gè)類加載器需要加載類時(shí)，它首先會(huì)委托給它的父類加載器去加載。
    • 只有當(dāng)父類加載器無法加載該類時(shí)（在其搜索范圍內(nèi)找不到該類），才由子類加載器嘗試加載。
    • 優(yōu)點(diǎn)：
      • 避免類的重復(fù)加載。
      • 保證 Java 核心類庫的安全性（防止用戶自定義的類替換核心類）。
  • 加載過程：
    1. 加載 (Loading): 查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)（.class 文件）。
    2. 鏈接 (Linking):
       • 驗(yàn)證 (Verification): 確保加載的類文件符合 JVM 規(guī)范，沒有安全問題。
       • 準(zhǔn)備 (Preparation): 為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)初始值（零值）。
       • 解析 (Resolution): 將類中的符號(hào)引用解析為直接引用（可選，可以延遲到運(yùn)行時(shí)）。
    3. 初始化 (Initialization): 執(zhí)行類的初始化代碼（靜態(tài)變量賦值、靜態(tài)代碼塊）。

2. 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū) (Runtime Data Areas)

• 職責(zé)： JVM 在運(yùn)行 Java 程序時(shí)管理的內(nèi)存區(qū)域。
• 主要區(qū)域：
  • 方法區(qū) (Method Area):
    • 存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
    • 所有線程共享。
    • 在 HotSpot VM 中，方法區(qū)也被稱為“非堆”（Non-Heap）或“永久代”（Permanent Generation，JDK 1.7 及之前）/“元空間”（Metaspace，JDK 1.8 及之后）。
    • 運(yùn)行時(shí)常量池 (Runtime Constant Pool): 方法區(qū)的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用。
  • 堆 (Heap):
    • 存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例和數(shù)組。
    • 所有線程共享。
    • 是垃圾回收的主要區(qū)域。
    • 可以劃分為新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
      • 新生代又可以劃分為 Eden 區(qū)、Survivor from 區(qū)和 Survivor to 區(qū)。
  • 虛擬機(jī)棧 (VM Stack):
    • 存儲(chǔ)方法調(diào)用的局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。
    • 每個(gè)線程都有自己的虛擬機(jī)棧，棧的大小可以固定也可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。
    • 如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)允許的深度，則拋出 StackOverflowError。
    • 如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展，但無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，則拋出 OutOfMemoryError。
  • 本地方法棧 (Native Method Stack):
    • 與虛擬機(jī)棧類似，但用于支持 native 方法（使用 C、C++ 等編寫的方法）的執(zhí)行。
    • 每個(gè)線程都有自己的本地方法棧。
  • 程序計(jì)數(shù)器 (Program Counter Register):
    • 記錄當(dāng)前線程正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址（行號(hào)）。
    • 每個(gè)線程都有自己的程序計(jì)數(shù)器。
    • 是唯一一個(gè)在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域。

3. 執(zhí)行引擎 (Execution Engine)

• 職責(zé)： 負(fù)責(zé)執(zhí)行 Java 字節(jié)碼指令。
• 主要組件：
  • 解釋器 (Interpreter):
    • 逐條解釋執(zhí)行字節(jié)碼指令。
    • 啟動(dòng)速度快，但執(zhí)行速度慢。
  • 即時(shí)編譯器 (JIT Compiler):
    • 將熱點(diǎn)代碼（經(jīng)常執(zhí)行的代碼）編譯為本地機(jī)器碼，提高執(zhí)行效率。
    • 編譯需要時(shí)間，但編譯后的代碼執(zhí)行速度快。
    • HotSpot VM 中的 JIT 編譯器：
      • Client Compiler (C1): 優(yōu)化速度快，但優(yōu)化程度較低。
      • Server Compiler (C2): 優(yōu)化速度慢，但優(yōu)化程度較高。
      • 分層編譯 (Tiered Compilation): 根據(jù)程序的運(yùn)行情況，選擇不同的編譯器進(jìn)行優(yōu)化（JDK 1.7 引入）。
  • 垃圾回收器 (Garbage Collector):
    • 負(fù)責(zé)自動(dòng)回收不再使用的對(duì)象，釋放內(nèi)存。
    • 不同的 JVM 實(shí)現(xiàn)有不同的垃圾回收器。
    • 常見的垃圾回收器：
      • Serial GC: 單線程垃圾回收器。
      • Parallel GC: 多線程垃圾回收器。
      • CMS GC (Concurrent Mark Sweep): 并發(fā)標(biāo)記清除垃圾回收器。
      • G1 GC (Garbage-First): 一種面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾回收器。
      • ZGC: 一種低延遲垃圾回收器.
      • Shenandoah: 一種低延遲垃圾回收器.
  • 本地方法接口 (JNI, Java Native Interface):
    • 允許 Java 代碼調(diào)用本地方法 (C/C++ 等編寫的方法).

4. 本地庫接口(Native Interface)

• 連接不同的編程語言, 為Java使用非Java代碼編寫的庫提供支持.

JVM 架構(gòu)圖示：

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                                   JVM                                             |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  +---------------------+   +------------------------+   +---------------------+  |
|  |  類加載器子系統(tǒng)     |   |      運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)        |   |      執(zhí)行引擎       |  |
|  | (Class Loader)     |   +------------------------+   +---------------------+  |
|  +---------------------+   |  +------------------+  |   |  +---------------+  |  |
|  |  - 啟動(dòng)類加載器       |   |  |  方法區(qū) (Method Area) |  |   |  |  解釋器       |  |  |
|  |  - 擴(kuò)展類加載器       |   |  +------------------+  |   |  | (Interpreter)  |  |  |
|  |  - 應(yīng)用程序類加載器    |   |  |   - 運(yùn)行時(shí)常量池      |  |   |  +---------------+  |  |
|  |  - 自定義類加載器     |   |  +------------------+  |   |  +---------------+  |  |
|  +---------------------+   |  +------------------+  |   |  | 即時(shí)編譯器    |  |  |
|                        |   |  |  堆 (Heap)        |  |   |  | (JIT Compiler)|  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  |  - C1 (Client) |  |  |
|                        |   |  |   - 新生代       |  |   |  |  - C2 (Server) |  |  |
|                        |   |  |     - Eden       |  |   |  |  - 分層編譯     |  |  |
|                        |   |  |     - Survivor   |  |   |  +---------------+  |  |
|                        |   |  |   - 老年代       |  |   |  +---------------+  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  | 垃圾回收器   |  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  | (GC)          |  |  |
|                        |   |  |  虛擬機(jī)棧 (VM Stack)  |  |   |  +---------------+  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |                        |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  +---------------+  |  |
|                        |   |  | 本地方法棧 (Native) |  |   |  |本地方法接口 |  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  |   (JNI)       |  |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |  +---------------+  |  |
|                        |   |  | 程序計(jì)數(shù)器 (PC)    |  |   |                        |  |
|                        |   |  +------------------+  |   |                        |  |
|                        |   +------------------------+   |                        |  |
|                        |                              |                        |  |
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總結(jié)

JVM 主要由類加載器子系統(tǒng)、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行引擎、本地庫接口等組成。

• 類加載器負(fù)責(zé)加載類文件。
• 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)負(fù)責(zé)管理內(nèi)存。
• 執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)執(zhí)行字節(jié)碼指令和垃圾回收。
• 本地庫接口負(fù)責(zé)連接其他語言。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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