Verständnis der Java Virtual Machine (JVM) Interna

Das JVM ermöglicht die Fähigkeit von Java "einmal schreiben, überall ausführen", indem Bytecode durch vier Hauptkomponenten ausgeführt wird: 1. Das Subsystem der Klasse Loader lädt, Links und initialisierte .Classdateien mithilfe von Bootstrap-, Erweiterungs- und Anwendungsklassenladern, um sichere und faule Klassenbelastungen sicherzustellen. 2. Laufzeitbereiche umfassen Methodenbereiche, Heap (unterteilt in junge und alte Generationen), Thread-private Stapel, PC-Register und native Methodenstapel, die gemeinsam den Speicher- und Ausführungszustand verwalten. 3.. Die Ausführungsmaschine interpretiert oder kompiliert Bytecode mit einem Interpreter- und Just-in-Time-Compiler (Just-in-Time) mit abgestufter Kompilierung für die Leistung, während der Müllkollektor den nicht verwendeten Heap-Speicher unter Verwendung von Algorithmen wie G1 GC oder ZGC zurückfordert. 4. Die native Method-Schnittstelle (JNI) ermöglicht die Interaktion mit nativen Bibliotheken in C/C und ermöglicht den Zugriff auf plattformspezifische Merkmale, muss jedoch Vorsicht werden, um Abstürze oder Sicherheitsrisiken zu verstehen-diese Komponenten hilft Entwicklern dabei, Leistungsprobleme zu diagnostizieren, Speichereinstellungen zu steigern, GC-Protokolls zu interpretieren und Speicherlecks oder Deadlocken zu vermeiden, heftig zu effizientem und robusten JAVA-Applikationen zu führen.

Die Java Virtual Machine (JVM) ist die Engine, die Java -Anwendungen antreibt und das Versprechen "einmal schreiben, überall rennen" ermöglicht. Während die meisten Entwickler mit dem Schreiben von Java -Code vertraut sind, können Sie verstehen, was unter der Motorhaube passiert - die JVM - dabei helfen, effizientere, robustere und skalierbare Anwendungen zu schreiben. Lassen Sie uns die Kernkomponenten und -prozesse aufschlüsseln, die die JVM -Funktion zum Laufen bringen.

1. Klassenlader -Subsystem

Der JVM führt den Java -Quellcode nicht direkt aus. Es wird von Bytecode ( .class -Dateien) ausgeführt, und der erste Schritt in diesem Prozess ist das Laden, Verknüpfen und Initialisierungsklassen in diesem Prozess.

• Laden : Das Subsystem der Klassenlader lädt Bytecode in den Speicher. Es gibt drei integrierte Klassenlader:
  • Bootstrap -Klasse Loader : lädt Core -Java -Bibliotheken (z. B. rt.jar ).
  • Erweiterungsklassenloa : Lädt Klassen aus den Erweiterungsverzeichnissen.
  • Anwendung (System) Klassenlader : Lädt Klassen vom Klassenpfad der Anwendung.

Die Klassen sind träge geladen - nur wenn sie zum ersten Mal benötigt werden.

• Verknüpfung : Nach dem Laden wird die Klasse verifiziert (sicherstellt, dass Bytecode gültig und sicher ist), vorbereitet (statische Felder werden Speicher zugewiesen) und optional aufgelöst (symbolische Referenzen werden durch direkte Referenzen ersetzt).

• Initialisierung : Statische Initialisierer und statische Variablenzuweisungen werden in der Reihenfolge ausgeführt, die sie im Quellcode angezeigt werden.

  

Dieser Prozess sorgt für Sicherheit und Konsistenz, bevor ein Code ausgeführt wird.

2. Laufzeitbereiche Bereiche

Das JVM organisiert den Speicher in mehrere Laufzeitbereiche, die jeweils einen bestimmten Zweck erfüllen:

• Methodenbereich : Speichert Klassenstrukturen, Feld- und Methodendaten, konstanter Pool und Code für Methoden. Es wird unter allen Themen geteilt.

• Heap : Der Laufzeitbereich, in dem Objekte und Arrays zugewiesen werden. Es wird auch über Threads geteilt und ist das Hauptziel der Müllsammlung.

  • Junge Generation (Eden, Survivor Spaces)
  • Alte (angesehene) Generation

• Stack (Java Virtual Machine Stack) : Erstellt pro Thread. Jede Methode -Aufruf erstellt einen Stapelrahmen, der enthält:

  • Lokale Variablen
  • Operand Stack
  • Rahmendaten (z. B. Verweise auf Laufzeitkonstante Pool)

  Der Stack -Speicher ist privat für den Thread und wird automatisch zurückgefordert, wenn die Methoden zurückkehren.

• PC (Programmzähler) Register : Hält die Adresse der aktuellen Anweisung in einem Thread. Sehr leicht.

• Native Method Stack : Wird für native (Nicht-Java) -Methoden verwendet, wie sie in c/c geschrieben wurden.

Das Verständnis dieser Bereiche erläutert erinnerungsbezogene Fehler wie OutOfMemoryError oder StackOverflowError .

3. Ausführungsmaschine

Hier wird Bytecode ausgeführt. Der Motor interpretiert oder kompiliert Bytecode in native Maschinenanweisungen.

• Interpreter : liest die Bytecode -Zeile nach Zeile und führt sie aus. Schnell zu beginnen, aber langsamer in der Ausführung.

• Just-in-Time (JIT) -Kompiler : Um die Langsamkeit der Interpretation zu überwinden, identifiziert der JIT-Compiler "heiße" Methoden (häufig ausgeführt) und kompiliert sie für eine schnellere Ausführung in nativen Code.

  • Die abgestufte Zusammenstellung (in Hotspot JVM verwendet) kombiniert sowohl Interpreter als auch JIT auf verschiedenen Ebenen für eine optimale Leistung.

• Müllkollektor (GC) : Rebohrt automatisch den Speicher, indem Sie unerreichbare Objekte vom Haufen entfernen. Es gibt verschiedene GC -Algorithmen:

  • Serien GC (einfach für kleine Apps)
  • Parallel GC (durchsatzorientiert)
  • G1 GC (für große Haufen, niedrige Pausezeiten)
  • ZGC / Shenandoah (Ultra-Low Pause, skalierbar)

Der GC läuft nach eigenem Zeitplan und ist entscheidend, um Speicherlecks zu verhindern.

4. Native Method Interface (JNI) und Bibliotheken

Das JVM kann über den JNI mit nativem Code interagieren. Auf diese Weise können Java -Anwendungen C/C -Bibliotheken aufrufen und umgekehrt. Es ist nützlich für leistungskritische Operationen oder für den Zugriff auf plattformspezifische Funktionen (z. B. Dateisystem, Hardware).

Der Missbrauch von JNI kann jedoch zu Abstürzen oder Sicherheitsproblemen führen, da dies die JVM -Sicherheitskontrollen umgeht.

JVM -Interna zu verstehen ist nicht nur akademisch - es hilft Ihnen:

• Diagnose von Leistungs Engpässen
• Einstellungen des Speicherspeichers (z. B. -Xmx , -Xms , -XX:MaxGCPauseMillis )
• Interpretieren Sie GC -Protokolle
• Vermeiden Sie häufige Fallstricke wie Speicherlecks oder Faden -Deadlocks

Sie müssen nicht jedes Detail merken, aber wenn Sie wissen, wie der JVM Speicher verwaltet, Klassen lädt und Code ausführt, erhalten Sie einen echten Vorteil beim Debuggen oder Optimieren von Java -Anwendungen.

Grundsätzlich ist das JVM ein hoch entwickeltes Laufzeitsystem, das Leistung, Speicherverwaltung und Portabilität in Einklang bringt - und das Spitzen unter die Motorhaube macht Sie zu einem besseren Java -Entwickler.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonVerständnis der Java Virtual Machine (JVM) Interna. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!