JVM虚拟机运行机制

JVM虚拟机运行机制

什么是JVM？
虚拟机是物理机器的软件实现。Java是用在VM上运行的WORA（Write Once Run Anywhere）概念而开发的。编译器将Java文件编译为Java .class文件，然后将.class文件输入到JVM中，JVM会加载并执行类文件。

JVM基本概念

（1）基本概念：
JVM是可运行Java代码的假想计算机 ，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收，堆 和 一个存储方法域。JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。
(2) 运行过程：
我们都知道Java源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码 。
也就是如下
① Java源文件—->编译器—->字节码文件
② 字节码文件—->JVM—->机器码
每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是Java为什么能够跨平台的原因了 ，当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不能共享。
(3) 三种JVM:
在JDK1.7及其以前我们所使用的都是Sun公司的HotSpot，但由于Sun公司和BEA公司都被oracle收购，Jdk1.8将采用Sun公司的HotSpot和BEA公司的JRockit两个JVM中精华形成jdk1.8的JVM。
JVM如何工作？
如上面架构图所示，JVM分为三个主要子系统：
一、类加载器子系统
Java的动态类加载功能由类加载器子系统处理。它在运行时，而不是编译时首次引用类的时候加载、链接、并初始化类文件。
1.加载
类将通过此组件加载。Boot Strap Class Loader，Extension Class Loader和Application Class Loader是有助于实现的三个类加载器。
上面的类记载器在加载类文件时遵循Delegation Hierarchy 算法。
2.链接
3.初始化
这是类加载的最后阶段，这里所有的静态变量都将被赋予原始值，并执行静态块。
二、运行时数据区
运行时数据区分为5个主要组件：
（1）方法区——所有的类级别数据将存储在这里，包括静态变量。每个JVM只有一个方法区，并且它是一个共享资源。
（2）堆区域——所有对象及其对应的实例变量和数组将存储在这里。每个JVM也有一个堆区域。由于方法和堆区域共享多个线程的内存，因此所存储的数据非线程安全。
（3）堆栈区——对于每个线程，将创建一个单独的运行时栈。对于每个方法调用，将在堆栈存储器中产生一个条目，称为堆栈帧。所有局部变量将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的，因为它不是共享资源。堆栈帧分为三个子元素：
（4）PC寄存器——每个线程都有单独的PC寄存器，用于保存当前执行指令的地址，一旦指令执行，PC寄存器将更新到下一条指令。
（5）本地方法堆栈——本地方法堆栈保存本地方法信息。对于每个线程，将创建一个单独的本地方法堆栈。
三、执行引擎
分配给运行时数据区的字节码将由执行引擎执行。执行引擎读取字节码并逐个执行它。
解释器——解释器解释字节码较快，但执行慢。解释器的缺点是当一个方法被多次调用时，每次都需要新的解析。
JIT编译器——JIT编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在转换字节码时使用解释器的帮助，但是当它发现重复的代码时，它使用JIT编译器，编译器会编译整个字节码并将其更改为本地代码。这个本地代码将直接用于重复的方法调用，从而提高系统性能。
垃圾收集器：收集和删除未引用的对象。可以通过调用“System.gc（）”触发垃圾收集器，但不能保证执行。JVM的垃圾回收收集创建的对象。
Java本机接口（JNI）：JNI将与本地方法库进行交互，并提供执行引擎所需的本地库。