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Java中JVM虛拟機詳解

1、 什麼是JVM?

  JVM是Java Virtual Machine(Java虛拟機)的縮寫,JVM是一種用于計算裝置的規範,它是一個虛構出來的計算機,是通過在實際的計算機上仿真模拟各種計算機功能來實作的。Java虛拟機包括一套位元組碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收堆和一個存儲方法域。 JVM屏蔽了與具體作業系統平台相關的資訊,使Java程式隻需生成在Java虛拟機上運作的目标代碼(位元組碼),就可以在多種平台上不加修改地運作。JVM在執行位元組碼時,實際上最終還是把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。

  Java語言的一個非常重要的特點就是與平台的無關性。而使用Java虛拟機是實作這一特點的關鍵。一般的進階語言如果要在不同的平台上運作,至少需要編譯成不同的目标代碼。而引入Java語言虛拟機後,Java語言在不同平台上運作時不需要重新編譯。Java語言使用Java虛拟機屏蔽了與具體平台相關的資訊,使得Java語言編譯程式隻需生成在Java虛拟機上運作的目标代碼(位元組碼),就可以在多種平台上不加修改地運作。Java虛拟機在執行位元組碼時,把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。這就是Java的能夠“一次編譯,到處運作”的原因。

2、JRE/JDK/JVM是什麼關系?

  JRE(JavaRuntimeEnvironment,Java運作環境),也就是Java平台。所有的Java 程式都要在JRE下才能運作。普通使用者隻需要運作已開發好的java程式,安裝JRE即可。

JDK(Java Development Kit)是程式開發者用來來編譯、調試java程式用的開發工具包。JDK的工具也是Java程式,也需要JRE才能運作。為了保持JDK的獨立性和完整性,在JDK的安裝過程中,JRE也是 安裝的一部分。是以,在JDK的安裝目錄下有一個名為jre的目錄,用于存放JRE檔案。

  JVM(JavaVirtualMachine,Java虛拟機)是JRE的一部分。它是一個虛構出來的計算機,是通過在實際的計算機上仿真模拟各種計算機功能來實作的。JVM有自己完善的硬體架構,如處理器、堆棧、寄存器等,還具有相應的指令系統。Java語言最重要的特點就是跨平台運作。使用JVM就是為了支援與作業系統無關,實作跨平台。

3、JVM原理

Java中JVM虛拟機詳解

  Java編譯器隻要面向JVM,生成JVM能了解的代碼或位元組碼檔案。Java源檔案經編譯成位元組碼程式,通過JVM将每一條指令翻譯成不同平台機器碼,通過特定平台運作。

4、JVM的體系結構

Java中JVM虛拟機詳解
Java中JVM虛拟機詳解

(2) Java堆是用來存放對象資訊的,和Stack不同,Stack代表着一種運作時的狀态。換句話說,棧是運作時機關,解決程式該如何執行的問題,而堆是存儲的機關, 解決資料存儲的問題。Heap是伴随着JVM的啟動而建立,負責存儲所有對象執行個體和數組的。堆的存儲空間和棧一樣是不需要連續的。

(3)程式計數寄存器,程式計數器(Program Counter Register)是一塊較小的記憶體空間,它的作用可以看做是目前線程所執行的位元組碼的行号訓示器。在虛拟機的概念模型裡(僅是概念模型,各種虛拟機可能會通過一些更高效的方式去實作),位元組碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令,分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢複等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

  由于Java 虛拟機的多線程是通過線程輪流切換并配置設定處理器執行時間的方式來實作的,在任何一個确定的時刻,一個處理器(對于多核處理器來說是一個核心)隻會執行一條線程中的指令。是以,為了線程切換後能恢複到正确的執行位置,每條線程都需要有一個獨立的程式計數器,各條線程之間的計數器互不影響,獨立存儲,我們稱這類記憶體區域為“線程私有”的記憶體。如果線程正在執行的是一個Java 方法,這個計數器記錄的是正在執行的虛拟機位元組碼指令的位址;如果正在執行的是Natvie 方法,這個計數器值則為空(Undefined)。此記憶體區域是唯一一個在Java 虛拟機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError 情況的區域。

(4)方法區域(Method Area),在Sun JDK中這塊區域對應的為PermanetGeneration,又稱為持久代。方法區域存放了所加載的類的資訊(名稱、修飾符等)、類中的靜态變量、類中定義為final類型的常量、類中的Field資訊、類中的方法資訊,當開發人員在程式中通過Class對象中的getName、isInterface等方法來擷取資訊時,這些資料都來源于方法區域,同時方法區域也是全局共享的,在一定的條件下它也會被GC,當方法區域需要使用的記憶體超過其允許的大小時,會抛出OutOfMemory的錯誤資訊。

(5)運作時常量池(Runtime Constant Pool),存放的為類中的固定的常量資訊、方法和Field的引用資訊等,其空間從方法區域中配置設定。

(6)本地方法堆棧(Native Method Stacks),JVM采用本地方法堆棧來支援native方法的執行,此區域用于存儲每個native方法調用的狀态。