每个Java开发人员都知道字节码将由JRE（Java运行时环境）执行。但是很多人不知道JRE是Java虚拟机（JVM）的实现，它分析字节码、解释代码并执行。作为开发人员，了解JVM的体系结构非常重要，因为它使我们能够更有效地编写代码。在本文中，我们将更深入地了解Java中的JVM架构和JVM的不同组件。

什么是JVM？

虚拟机是物理机的软件实现。Java是根据WORA（可在任何地方运行一次写入）的概念开发的，它在VM上运行。编译器将Java文件编译成Java.class文件，然后将该.class文件输入到JVM中，JVM加载并执行该类文件。下面是JVM的架构图。

JVM架构图

JVM是如何工作的？

如上图所示，JVM分为三个主要子系统：

ClassLoader子系统

运行时数据区域

执行引擎

ClassLoader子系统

Java的动态类加载功能由ClassLoader子系统处理。它加载，链接。并在运行时（而不是编译时）第一次引用类时初始化类文件。

1.1装载

类将由此组件加载。BootStrap类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器是有助于实现它的三个类加载器。

• BootStrap ClassLoader——负责从BootStrap类路径加载类，除了rt.jar什么也不做。将给予此加载程序最高优先级。
• 扩展类加载器–负责加载ext文件夹（jre\lib）中的类。
• 应用程序类加载器——负责加载应用程序级类路径、提及的路径环境变量等。

上述类装入器在装入类文件时将遵循委托层次算法。

1.2连接

• 验证-字节码验证程序将验证生成的字节码是否正确如果验证失败，我们将得到验证错误。
• 准备-为所有静态变量分配内存，并为其分配默认值。
• Resolve–所有符号内存引用都将替换为来自方法区域的原始引用。

1.3初始化

这是类加载的最后阶段；在这里，所有静态变量都将被赋以原始值，并且将执行静态块。

运行时数据区

• 运行时数据区域分为五个主要组件：
• 方法区域–所有类级数据都将存储在这里，包括静态变量。每个JVM只有一个方法区域，它是一个共享资源。
• 堆区域–所有对象及其对应的实例变量和数组都将存储在这里。每个JVM也有一个堆区域。由于方法和堆区域为多个线程共享内存，因此存储的数据不是线程安全的。
• 堆栈区域-对于每个线程，将创建一个单独的运行时堆栈。对于每个方法调用，堆栈内存中都会有一个条目，称为堆栈帧。所有局部变量都将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的，因为它不是共享资源。堆栈帧分为三个子实体：

1. 局部变量数组–与方法相关，涉及多少局部变量，相应的值将存储在此处。
2. 操作数堆栈–如果需要执行任何中间操作，则操作数堆栈充当执行该操作的运行时工作区。
3. 帧数据–与该方法对应的所有符号都存储在此处。在任何异常的情况下，捕捉块信息将被保存在帧数据中。

• PC寄存器-每个线程将有单独的PC寄存器，以保存当前执行指令的地址一旦指令执行，PC寄存器将更新为下一条指令。
• 本机方法堆栈—本机方法堆栈保存本机方法信息。对于每个线程，都将创建一个单独的本机方法堆栈。

执行引擎

分配给运行时数据区域的字节码将由执行引擎执行。执行引擎读取字节码并逐段执行。

• 解释器——解释器更快地解释字节码，但执行缓慢。解释器的缺点是当一个方法被多次调用时，每次都需要一个新的解释器。
• JIT编译器——JIT编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在转换字节码时使用解释器的帮助，但是当它发现重复的代码时，它使用JIT编译器，后者编译整个字节码并将其更改为本机代码。此本机代码将直接用于重复的方法调用，从而提高系统的性能。

1. 中间代码生成器-生成中间代码
2. 代码优化器——负责优化上面生成的中间代码
3. 目标代码生成器-负责生成机器代码或本机代码
4. Profiler——一个特殊的组件，负责查找热点，即是否多次调用该方法。

• 垃圾收集器：收集和移除未引用的对象。可以通过调用System.gc（）触发垃圾回收，但无法保证执行。JVM的垃圾收集收集创建的对象。

Java本机接口（JNI）：JNI将与本机方法库交互，并提供执行引擎所需的本机库。

本机方法库：这是执行引擎所需的本机库的集合。

本文译自Jackson Joseraj的博客。欢迎关注