JVM深度理解

最新推荐文章于 2025-06-12 16:33:05 发布

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分类专栏： jvm 文章标签： java 编程语言

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先看图再解释

我理解的JVM由来，以及其结构的由来：

java区别于C和C++就在于，java是跨平台的，Java砍掉指针概念，java程序员不用手动释放内存。因此我们必须自己向操作系统申请一块内存，让JVM对其进行管理，这就是运行时数据区。这样就好像把java限制在一个小房子里面，相比C很安全，比如，java的内存溢出不容易使机器宕机，再比如C语言中大小为n的数组，我们访问下标为n以上的是不会报错的，java会报错下标越界。并且java语言编译之后是不可以直接生成二进制的可执行文件，C和C++编译后的可执行文件是耦合平台的。因此java编译必须先生成一个中间产物，即class文件。存在class文件的原因就在于：

1、java不可直接生成二进制可执行文件。
2、java执行中依赖的指令集架构是基于栈的指令集架构。程序在运行时是依赖对于栈的操作的。就好比我们在科学计算器中输入一串式子：(((1+2)*(2+3)+4*5)*3让计算器计算。计算器需要对这串的每个操作和数字进行分析，遇到优先级低的操作符时需要将数字入栈，遇到操作符优先级高的则取栈顶元素计算，然后计算结果入栈。java的基于栈的指令集架构就类似于科学计算器算法。就是出栈运算，结果入栈。但是对于这串式子的解析和判断优先级是要耗时的，所以我们可以直接将其编译，生成那些对栈的操作指令，这样在实际运行的时候便快一点。java也是如此，直接将java文件交给JVM运行，需要对其进行语法词法分析，这是相当耗时的。
3、java不仅是跨平台的语言，并且JVM是一个跨语言的平台，其他自开发语言都可以编译成class文件交给JVM运行。比如Scala、Kotlin、Groovy、Jython。

既然有了我们静态的class文件，JVM要运行它，那就必须将其加载到JVM的内存结构中，因此有了类装载子系统。类装载子系统将类信息加载到JVM中，并将其字面信息具体映射，JVM用方法区维护这部分数据。

JVM运行java程序，JVM就必须要为每个线程维护其运行时所需要的信息：

1、JVM需要知道当前线程运行的指令，即使线程切换回来也不会指令紊乱，并且JVM不能直接依赖物理寄存器，因此JVM模拟实现了PC寄存器。
2、JVM为了实现跨平台，采用基于栈的指令集架构，即在运行就算时只要考虑“出栈运算，结果入栈”就行。JVM使用操作数栈来实现运行时的指令操作，伴随的还有用来存储局部变量局部变量表、记录方法该返回到哪个指令的方法返回地址、以及维护调用的方法具体指向哪里的动态链接。操作数栈，局部变量表，方法返回地址，动态链接每个方法一份并且由栈帧管理。每个方法一个栈帧，栈帧由java栈管理，因为进入一个方法可以理解为入栈，方法返回可以理解为出栈。
3、JVM实现跨平台，但是和操作系统打交道是不可避免的，比如开辟线程。java使用本地方法接口于C语言交互，并且JVM需要根据不同平台将其适配到不同的本地方法库中的本地方法运行。JVM为此使用本地方法栈维护（老夫对本地方法了解甚少，这句话可能是我瞎忽悠的）

最后JVM运行时需要创建大量对象，对于对象的访问是无规律可循的。不像操作数，当前在用就放到栈顶，用完了就出栈。JVM使用堆对对象进行维护，并进行严格管理。“堆”故名思意就是将很多东西往那里一堆，这个命名非常形象。就好比我们在房间里面放置家具或生活用品，如果我们随手拿，随手放，房间就会乱成一团，造成空间浪费，可能找个吹风机都找不到。因此JVM使用堆对对象的存取进行严格管理。

最后就是我们的执行引擎了：我们class文件只是告诉JVM需要运行的字节码指令，执行引擎负责翻译它，并且执行它。