什么是JVM

JVM的全称是Java Virtual Machine。它的本质是一个软件，在不同的平台有不同的版本，可以将Java字节码翻译成对应平台的机器码并执行，实现了Java代码一次编译，到处运行的跨平台特性。

JVM的组成

类加载器

  • 作用：负责将.class文件（字节码）加载到JVM中，并验证、准备、解析类信息。
  • 核心步骤：
    • 加载：从文件中读取字节码，生成Class对象
    • 验证： 确保字节码符合相关规范（安全检查）
    • 准备：为类变量（static变量）分配内存并设置默认数值
    • 解析：将符号引用（如类名、方法名）转化为直接内存地址
  • 关键机制：双亲委派模型（避免类重复加载，保证安全）

运行数据区（Runtime Data Area）

这是JVM管理内存的核心区域，所有数据都在这里存储，具体如下：

  • 程序计数器（Program Counter Register）：
    • 记录当前线程执行的字节码地址
    • 每个线程有独立的程序计数器
  • 虚拟机栈（VM Stack）：
    • 存储方法调用时的局部变量、操作数栈、返回地址等
    • 同样是线程私有，栈深度过深会导致StackOverflowError（例如过深的递归）
  • 本地方法栈（Native Method Stack）：
    • 类似虚拟机栈，但是专为Native方法服务（比如一些C/C++实现的方法）
  • 堆（heap）：
    • JVM中最大的内存区域，存储对象示例和数组
    • 所有线程共享，是垃圾回收的主要区域
  • 方法区（Method Area）
    • 存储类信息（结构、方法、常量）、静态变量、运行常量池
    • 线程共享，JDK8之后由元空间（Metaspace）实现（直接使用系统内存）

执行引擎（Execute Engine）

  • 作用：将字节码翻译成机器码并执行（JVM的CPU）
  • 核心组件：
    • 解释器：逐行翻译字节码并执行，启动快但效率低
    • 及时编译器（JIT）：即Just-In-Time Compiler，将热点代码（频繁执行的代码）编译为机器码缓存，提升运行效率
    • 垃圾回收器（GC）：自动回收堆中不再使用的对象内存

本地方法接口（Native Method Interface，JNI）

  • 作用：作为Java代码与本地代码方法的桥梁。
  • 场景：当Java无法直接操作底层硬件或者系统资源时，通过JNI调用本地方法实现（例如IO操作、图形渲染等）