JVM体系结构介绍

       每个Java开发人员都知道字节码将由JRE（Java运行时环境）执行。但是许多人并不知道JRE是Java虚拟机（JVM）的实现，它可以分析字节码，解释代码并执行它。作为开发人员，了解JVM的体系结构非常重要，因为它使我们能够更高效地编写代码。在本文中，我们将更深入地了解Java中的JVM体系结构以及JVM的不同组件。

什么是JVM？

       虚拟机是物理机的软件实现。 Java是秉承WORA(Write Once Run Anywhere)的理念开发的VM。编译器将Java文件编译为Java .class文件，然后将该.class文件输入到JVM中，JVM加载并执行该类文件。下面是JVM的体系结构图。

JVM如何工作？

如上面的架构图所示，JVM分为三个主要子系统：

1. ClassLoader Subsystem(ClassLoader子系统)
2. Runtime Data Area(运行时数据区)
3. Execution Engine(执行引擎)

1. ClassLoader子系统

     Java的动态类加载功能由ClassLoader子系统处理。它加载，链接。并在运行时（而非编译时）首次引用类时初始化类文件。

1.1 Loading(加载)

     类将由此组件加载。 BootStrap ClassLoader，扩展ClassLoader和应用ClassLoader是有助于实现该目标的三个ClassLoader。

1. BootStrap ClassLoader –负责从引导类路径中加载类，仅用于rt.jar。最高优先级将给予此加载程序。
2. Extension ClassLoader –负责加载ext文件夹（jre \ lib）内的类。
3. Application ClassLoader-负责加载应用程序级别的类路径，提到的环境变量路径等。

    上面的ClassLoader在加载类文件时将遵循委托层次算法。

1.2 Linking(连结)

1. Verify(验证)-字节码验证程序将验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，我们将收到验证错误。
2. Prepare(准备)–将为所有静态变量分配内存并为其分配默认值。
3. Resolve(解析)–将所有符号存储引用替换为“方法区域”中的原始引用。

1.3 Initialization(初始化)

    这是ClassLoading的最后阶段；在此，所有静态变量将被分配原始值，并且将执行静态块。

2.Runtime Data Area(运行时数据区)

运行时数据区分为五个主要部分：

1.Method Area(方法区域)–所有类级别的数据（包括静态变量）都将存储在此处。每个JVM只有一个方法区域，它是共享资源。

2.Heap Area(堆区域)–所有对象及其对应的实例变量和数组将存储在此处。每个JVM还有一个堆区。由于“方法”和“堆”区域共享多个线程的内存，因此存储的数据不是线程安全的。

3.Stack Area(栈区域)–对于每个线程，将创建一个单独的运行时堆栈。对于每个方法调用，将在栈存储器中创建一个条目，称为栈帧。所有局部变量都将在栈存储器中创建。栈区域不是共享资源，因此是线程安全的。栈框架分为三个子实体：

1. Local Variable Array(局部变量数组)–与该方法有关，涉及多少局部变量，并且相应的值将存储在此处。
2. Operand stack(操作数栈)–如果需要执行任何中间操作，则操作数栈充当执行该操作的运行时工作区。
3. Frame data(帧数据)–与该方法相对应的所有符号都存储在此处。在任何例外情况下，捕获块信息都将保留在帧数据中。   

4.PC Registers(PC寄存器)–每个线程将具有单独的PC寄存器，以在执行指令后保存当前执行指令的地址，PC寄存器将用下一条指令进行更新。
5.Native Method statcks(本机方法栈)–本机方法栈保存本机方法信息。对于每个线程，将创建一个单独的本机方法栈。

3.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段执行。

    1.Interpreter(解释器)–解释器解释字节码的速度较快，但执行速度较慢。解释器的缺点是，当多次调用一种方法时，每次都需要新的解释。
    2.JIT Compiler(JIT编译器)– JIT编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在解释器的帮助下转换字节码，但是当发现重复的代码时，它将使用JIT编译器，该编译器将整个字节码编译为本地代码。此本地代码将直接用于重复的方法调用，从而提高系统的性能。
        1)中间代码生成器–产生中间代码
        2)代码优化器–负责优化上面生成的中间代码
        3)目标代码生成器–负责生成机器代码或本机代码
        4)Profiler –一个特殊的组件，负责查找热点，即是否多次调用该方法。
    3.Garbage Collector(垃圾收集器)：收集并删除未引用的对象。可以通过调用System.gc（）来触发垃圾回收，但是不能保证执行。 JVM的垃圾收集收集创建的对象。

Java本机接口（JNI）：JNI将与本机方法库进行交互，并提供执行引擎所需的本机库。

本机方法库：这是本机库的集合，这是执行引擎所需的。