JVM概念

发表于 2017/02/23 更新于 2025/02/02

作者 Hacket Zeng

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JVM概念

JVM 基础

JVM 概念

JVM 是 java 的核心，是 Java 可以一次编译到处运行的本质所在。
JVM 与操作系统的关系:

从图中可以看到，有了 JVM 这个抽象层之后，Java 就可以实现跨平台了。JVM 只需要保证能够正确执行 .class 文件，就可以运行在诸如 Linux、Windows、MacOS 等平台上了。

JVM 的组成和运行原理

JVM 有多种实现，使用最广泛的是 Oracle 的 HotSpot JVM。

JVM 在 JDK 中的位置

JDK 是 java 开发的必备工具箱，JDK 其中有一部分是 JRE，JRE 是 JAVA 运行环境，JVM 则是 JRE 最核心的部分。下图是 JDK Standard Edition 的组成图：

HotSpot 是 Oracle 关于 JVM 的商标，区别于 IBM，HP 等厂商开发的 JVM。Java HotSpot Client VM 和 Java HotSpot Server VM 是 JDK 关于 JVM 的两种不同的实现，前者可以减少启动时间和内存占用，而后者则提供更加优秀的程序运行速度。

JVM 组成

JVM 由四大部分组成：ClassLoader，Runtime Data Area，Execution Engine，Native interface。

ClassLoader 类加载器

ClassLoader 是负责加载 class 文件。class 文件在文件开头有特定的文件标示，并且 ClassLoader 只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。

Native Interface 本地接口

Native Interface 是负责调用本地接口的。它的作用是调用不同语言的接口给 Java 用，它会在 Native Method Stack 中记录对应的本地方法，然后调用该方法时就通过 Execution Engine 加载对应的本地 lib。原本多于用一些专业领域，如 JAVA 驱动，地图制作引擎等，现在关于这种本地方法接口的调用已经被类似于 Socket 通信，WebService 等方式取代。

Execution Engine 执行引擎

Execution Engine 是执行引擎，也叫 Interpreter。class 文件被加载后，会把指令和数据信息放入内存中，Execution Engine 则负责把这些命令解释给操作系统。

Runtime Data Area 运行时数据区

Runtime Data Area 是存放数据的。分为五部分：Stack、Heap、Method Area、PC Register、Native Method Stack。几乎所有的关于 Java 内存方面的问题，都是集中在这块。
具体参考：JVM Runtime Data Area.md

JVM 运行原理简介

Java 程序被 javac 工具编译成.class 字节码文件后，我们执行 java 命令，该 class 文件便被 JVM 的 ClassLoader 加载。可以看出 JVM 的启动是通过 JAVA Path 下的 java.exe 或者 java 进行的。JVM 的初始化、运行到结束大概包括这么几步：
调用操作系统 API 判断系统的 CPU 架构，根据对应 CPU 类型寻找位于 JRE 目录下的/lib/jvm.cfg 文件，然后通过该配置文件找到对应的 jvm.dll 文件（如果我们参数中有 -server 或者 -client，则加载对应参数所指定的 jvm.dll，启动指定类型的 JVM），初始化 jvm.dll 并且挂接到 JNIENV 结构的实例上，之后就可以通过 JNIENV 实例装载并且处理 class 文件了。class 文件是字节码文件，它按照 JVM 的规范，定义了变量，方法等的详细信息，JVM 管理并且分配对应的内存来执行程序，同时管理垃圾回收。直到程序结束，一种情况是 JVM 的所有非守护线程停止，一种情况是程序调用 System.exit()，JVM 的生命周期也结束。