JVM详解

一、介绍（什么是JVM）

 JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）是一个能够执行Java字节码的虚拟机，它是Java的核心，负责管理Java程序的运行时环境。

 JVM的主要工作是将编译好的Java源代码转换为字节码，然后执行这些字节码。在执行过程中，JVM会负责垃圾回收、内存管理、线程管理、安全管理等任务，同时还能够提供诊断和调试工具来帮助开发人员更好地了解和调试Java程序。

二、原理（结构|区域）

 JVM的结构主要包括三个部分：类加载器、运行时数据区和执行引擎。

• 类加载器（ClassLoader）：负责加载Java类文件，将类文件加载到内存中并转换为Java Class对象，然后存放在运行时数据区的方法区中。

• 运行时数据区（Runtime Data Area）：是JVM内存的逻辑结构，包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等。

• 执行引擎（Execution Engine）：执行字节码指令，负责执行Java程序的运行时环境。执行引擎主要包括解释器和即时编译器（JIT）。

         1> 解释器（Interpreter）：将字节码解释成机器码并执行。

         2> 即时编译器（Just-In-Time Compiler）：在运行时将字节码编译成本地机器码，然后再执行。

 JVM区域分为五大区域：方法区、堆区、虚拟机栈、本地方法栈以及程序计数器。

• 方法区（Method Area）：存储已被加载的类信息（字节码文件）、常量、静态变量等。当然类加载机制也是在这区域执行：
  
  

• 堆区（Heap）：存储对象实例。

• 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）：存储方法调用的局部变量、参数、返回值等。其最小单位栈帧又分为四部分：

  • 局部变量表:存放了编译时期的各种基本数据类型（8种），对象引用（reference类型）和return Address类型（指向了一条字节码指令的地址）

  • 操作数栈：储存了编译时期的各基本数据类型，更加准确地说是对应的方法参数和局部变量

  • 外部引用：是调用外部方法的动态链接的引用

  • 方法返回地址：储存了调用该方法的pc寄存器的值

• 本地方法栈（Native Method Stack）：为执行Native方法服务。

• 程序计数器（Program Counter）：用于指示JVM正在执行的字节码指令的地址，也就是记录了当前线程上次执行的位置

  • 至于为什么记录上一次执行到的位置？
    • 是因为当前线程在执行的过程中，可能执行权被其他线程抢走形成的中断，所以需要记录中断时执行到的字节码位置
    • 为什么被中断？两种情况，一是读写磁盘的时候，二是读写网络的时候

三、总结

 JVM通过将Java程序转换为字节码并在运行时解释或编译执行，实现了Java跨平台的特性，使得Java程序能够在不同的操作系统和硬件平台上运行。同时，JVM提供了丰富的API和工具，帮助开发人员编写高效、健壮的Java程序。