Java中的JVM虚拟机

本文详细介绍了Java虚拟机(JVM)的体系结构,包括运行时数据区的各个部分如虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、堆和方法区。探讨了对象的创建过程、访问定位方式,以及类加载机制,包括类加载子系统的作用、加载过程和类加载器的双亲委派模型。

JVM 虚拟机的位置

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JVM 是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互

JVM 虚拟机的体系结构

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JVM 运行时数据区

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虚拟机栈

  • 栈是线程私有的,栈的生命周期与线程相同
  • 它存放的数据:主要存放局部变量。局部变量可以是:基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)和引用类型(reference 类型)

栈的运行原理

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  • 每个线程都有自己的栈,栈中的数据都是以栈帧的格式存在
  • 在这个线程上正在执行的每个方法都对应一个栈帧
  • 栈帧是一个内存区块,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各种数据信息
  • JVM 直接对栈的操作只有压栈和出栈,遵循先进后出原则
  • 如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在栈的顶端,成为新的当前栈帧
  • Java 方法有两种返回的方式,一种是正常的函数返回,使用 return 指令;另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式,都会导致栈帧被弹出

示例

public class StackFrameTest {
   
   

    public static void main(String[] args) {
   
   
        try {
   
   
            StackFrameTest test = new StackFrameTest();
            test.method1();
        } catch (Exception e) {
   
   
            e.printStackTrace();
        }
        
要实现一个JVM虚拟机,需要深入了解JVM的内部实现原理和Java语言规范。一般来说,JVM虚拟机由以下几个模块组成: 1. 类加载器:负责从文件系统、网络或其他来源加载Java类文件,并将其转换为JVM能够理解的格式。 2. 运行时数据区:Java程序运行时需要的内存空间,包括Java堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等。 3. 执行引擎:负责执行Java字节码,将它们转换为机器码并执行。 4. 垃圾收集器:负责回收未使用的对象,释放内存空间。 5. 本地方法接口:允许Java代码调用本地方法(C/C++代码)。 下面是一个简单的Java虚拟机实现的示例: ```java public class JVM { private ClassLoader classLoader; private RuntimeDataArea runtimeDataArea; private ExecutionEngine executionEngine; private GarbageCollector garbageCollector; private NativeMethodInterface nativeMethodInterface; public JVM() { classLoader = new ClassLoader(); runtimeDataArea = new RuntimeDataArea(); executionEngine = new ExecutionEngine(); garbageCollector = new GarbageCollector(); nativeMethodInterface = new NativeMethodInterface(); } public void run(String className) { // 加载类 Class clazz = classLoader.loadClass(className); // 初始化类 clazz.initialize(runtimeDataArea); // 执行方法 Method mainMethod = clazz.getMethod("main", String[].class); executionEngine.execute(mainMethod); } } ``` 这个简单的JVM实现只包含了类加载器、运行时数据区和执行引擎三个部分。在实现时,还需要考虑Java语言规范中的各种细节,如异常处理、线程安全等。
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