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JVM之JVM的组成

news 来源：原创 2025/9/15 7:41:44

Java 虚拟机（JVM）是 Java 程序的运行核心，它主要由类加载系统、运行时数据区、执行引擎和本地方法接口这几个关键部分组成。

类加载系统（Class Loading System）

类加载系统负责在程序运行时动态地将 Java 类加载到 JVM 中。它主要包含以下三个类加载器以及类加载的过程：

  • 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：由原生代码（如 C++）实现，负责加载 Java 的核心类库，如java.lang包下的类，它是所有类加载器的根。
  • 扩展类加载器（Extension Class Loader）：负责加载 Java 的扩展类库，通常是jre/lib/ext目录下的类。
  • 应用程序类加载器（Application Class Loader）：也称为系统类加载器，负责加载用户类路径（classpath）上的类，是我们日常开发中最常用的类加载器。

运行时数据区（Runtime Data Area）

运行时数据区是 JVM 在运行时所管理的内存区域，可分为以下几个部分：

  • 方法区（Method Area）
    • 所有线程共享的内存区域，用于存储已被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量等数据。在 JDK 1.8 之前，方法区也被称为永久代（Permanent Generation），而在 JDK 1.8 及以后，方法区由元空间（Metaspace）替代，元空间使用本地内存，不再受 JVM 堆内存的限制。
  • 堆（Heap）
    • 所有线程共享的内存区域，是 JVM 中最大的一块内存区域，用于存储对象实例和数组。堆内存会被垃圾回收器（Garbage Collector）管理，当对象不再被引用时，会被垃圾回收器回收以释放内存。堆可以进一步分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），新生代又可细分为 Eden 区和两个 Survivor 区。
  • 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
    • 每个线程都有自己独立的虚拟机栈，它是线程私有的。虚拟机栈用于存储方法执行时的栈帧（Stack Frame），每个栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息。当一个方法被调用时，会创建一个新的栈帧并压入栈中，方法执行完毕后，该栈帧会从栈中弹出。
  • 本地方法栈（Native Method Stacks）
    • 与虚拟机栈类似，也是线程私有的，不过它是为执行本地方法（使用native关键字修饰的方法）服务的。本地方法通常是用其他语言（如 C、C++）实现的，用于与操作系统进行交互。
  • 程序计数器（Program Counter Register）
    • 每个线程都有一个独立的程序计数器，它是线程私有的。程序计数器用于记录当前线程执行的字节码指令的地址，当线程执行 Java 方法时，它记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；当线程执行本地方法时，程序计数器的值为空（Undefined）。

执行引擎（Execution Engine）

执行引擎负责执行字节码指令，它将字节码指令解释或编译成机器码，然后在操作系统上运行。执行引擎主要有以下几种执行方式：

  • 解释器（Interpreter）：逐行解释字节码指令并执行，优点是启动速度快，不需要提前编译，但执行效率相对较低。
  • 即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）：将热点代码（经常执行的代码）编译成机器码，提高执行效率。JIT 编译器在运行时动态编译，编译后的机器码可以重复使用。
  • 垃圾回收器（Garbage Collector）：执行引擎还负责垃圾回收的工作，它会自动回收不再使用的对象所占用的内存，以避免内存泄漏。常见的垃圾回收器有 Serial、Parallel、CMS、G1 等。

本地方法接口（Native Method Interface，NMI）

本地方法接口允许 Java 程序调用本地方法，本地方法是使用其他语言（如 C、C++）编写的方法。通过本地方法接口，Java 程序可以与操作系统、硬件设备等进行交互，扩展 Java 的功能。本地方法库是一系列本地方法的集合，它包含了实现本地方法的具体代码。

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