JVM之一（整体架构）

 

JVM整体架构

(一)、Java的优点之一是与平台的无关性，那它是怎么做到的呢？

Java语言与平台的无关性是使用Java虚拟机（JVM）是实现这一特点主要原因所在。

一般的语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

     所以JVM的重要性显而易见。

(二)、JVM的整体架构是什么样子呢？

主要包括两个子系统和两个组件：

（1）、 Class loader(类装载器) 子系统；

（2）、Execution engine(执行引擎) 子系统;

（3）、Native interface(本地接口)组件；

（4）、Runtime data area (运行时数据区域)组件

结构图如下：

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（1）、 Class loader(类装载器) 子系统；

根据给定的全限定名类名(如 java.lang.Object)来装载class文件的内容到 Runtime data area中的method area(方法区域)。Javsa程序员可以extends java.lang.ClassLoader类来写自己的Class loader。

（2）、Execution engine(执行引擎) 子系统；

执行classes中的指令。任何JVM specification实现(JDK)的核心是Execution engine， 换句话说：Sun的JDK 和IBM的JDK好坏主要取决于他们各自实现的Execution engine的好坏。每个运行中的线程都有一个Execution engine的实例。

（3）、Native interface(本地接口)组件；

      Native interface与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。

（4）、Runtime data area (运行时数据区域)组件

    运行时数据区域组件包含：Heap (堆)、 Method Area(方法区域)、Java Stack(java的栈)、Program Counter(程序计数器)、Native method stack(本地方法栈)；

Heap 和Method Area是被所有线程的共享使用的；而Java stack, Program counter 和Native method stack是以线程为粒度的，每个线程独自拥有。

Heap Java程序在运行时创建的所有类实或数组都放在同一个堆中。而一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间，因此所有线程都将共享这个堆。每一个java程序独占一个JVM实例，因而每个java程序都有它自己的堆空间，它们不会彼此干扰。但是同一java程序的多个线程都共享着同一个堆空间，就得考虑多线程访问对象（堆数据）的同步问题。 （这里可能出现的异常java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）

Method Area 在Java虚拟机中，被装载的class的信息存储在Method area的内存中。当虚拟机装载某个类型时，它使用类装载器定位相应的class文件，然后读入这个class文件内容并把它传输到虚拟机中。紧接着虚拟机提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。该类型中的类（静态）变量同样也存储在方法区中。与Heap一样，method area是多线程共享的，因此要考虑多线程访问的同步问题。比如，假设同时两个线程都企图访问一个名为Lava的类，而这个类还没有内装载入虚拟机，那么，这时应该只有一个线程去装载它，而另一个线程则只能等待。 （这里可能出现的异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen full）

Java栈（Java Stack）是线程私有的，它的生命周期与线程相同。Java stack以帧为单位保存线程的运行状态。虚拟机只会直接对Java stack执行两种操作：以帧为单位的压栈或出栈。每当线程调用一个方法的时候，就对当前状态作为一个帧保存到java stack中(压栈)；当一个方法调用返回时，从java stack弹出一个帧(出栈)。栈的大小是有一定的限制，这个可能出现StackOverFlow问题。

程序计数器（Program counter）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所在会想的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令、分支、循环、跳转、异常处理线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 每个运行中的Java程序，每一个线程都有它自己的PC寄存器，也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的地址，这里的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。

Native method stack 对于一个运行中的Java程序而言，它还能会用到一些跟本地方法相关的数据区。当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机的运行时数据区，不止与此，它还可以做任何它想做的事情。比如，可以调用寄存器，或在操作系统中分配内存等。总之，本地方法具有和JVM相同的能力和权限。 (这里出现JVM无法控制的内存溢出问题native heap OutOfMemory )；