各位讀者好！ 在JVM系列的上一篇文章中，開發(fā)人員了解了Java虛擬機（JVM）及其體系結(jié)構(gòu)。 本教程將幫助開發(fā)人員正確回答以下主題的問題：

• ClassLoader子系統(tǒng)
• 運行時數(shù)據(jù)區(qū)

1.簡介

在繼續(xù)之前，讓我們看一下Java虛擬機及其基本特征。

1.1什么是Java虛擬機（JVM）？

Java虛擬機（JVM）是??駐留在您的計算機上的抽象虛擬機，并為Java字節(jié)碼提供了運行時環(huán)境以供執(zhí)行。 JVM可用于許多硬件和軟件平臺，但是很少有Java開發(fā)人員知道Java運行時環(huán)境 （JRE）是Java虛擬機 （JVM）的實現(xiàn)。 JVM分析字節(jié)碼，對其進行解釋，然后執(zhí)行相同的字節(jié)碼以顯示輸出。

JVM的基本功能是執(zhí)行已編譯的.class文件（即字節(jié)碼）并生成輸出。 請注意 ，每個操作系統(tǒng)都有一個不同的JVM，但是在所有操作系統(tǒng)上生成的字節(jié)碼輸出都是相同的。 這意味著在Windows操作系統(tǒng)上生成的字節(jié)碼也可以在Linux操作系統(tǒng)上運行，反之亦然，從而使Java成為獨立于平臺的語言。

圖1：Java虛擬機概述

1.1.1 JVM做什么？

Java虛擬機執(zhí)行以下操作：

• 加載所需的.class和jar文件
• 分配參考并驗證代碼
• 執(zhí)行代碼
• 為Java字節(jié)碼提供運行時環(huán)境

1.1.2 JVM內(nèi)部架構(gòu)

下圖顯示了符合JVM規(guī)范的Java虛擬機的關(guān)鍵內(nèi)部組件。

圖2：Java虛擬機架構(gòu)

下面分別解釋圖2中所示的類加載器和運行時數(shù)據(jù)區(qū)域組件。

1.2 ClassLoader子系統(tǒng)

類加載器子系統(tǒng)是Java虛擬機的基本核心，用于加載/讀取.class文件并將字節(jié)碼保存在JVM方法區(qū)域中。 該子系統(tǒng)處理動態(tài)類加載功能，并執(zhí)行三個主要功能，即：

• 加載 ：此組件處理將.class文件從硬件系統(tǒng)加載到JVM內(nèi)存并存儲二進制數(shù)據(jù)（例如完全限定的類名，直接父類名，有關(guān)方法，變量，構(gòu)造函數(shù)的信息等）。在方法領(lǐng)域。 對于每個已加載的.class文件，JVM會立即在堆存儲器上創(chuàng)建一個類型為java.lang.class的對象。 請記住 ，即使開發(fā)人員多次調(diào)用一個類，也只會創(chuàng)建一個類對象。 類加載器主要有三種類型：
  • Bootstrap或Primordial ClassLoader ： 該類加載器負責加載rt.jar存在的內(nèi)部核心Java類以及java.lang.*包中存在的其他類。
• 鏈接 ：此組件執(zhí)行類或接口的鏈接。 由于此組件涉及新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分配，因此它可能會拋出OutOfMemoryError并執(zhí)行三個重要的活動：
  • 驗證 ：這是檢查類的二進制表示形式并驗證生成的.class文件是否有效的過程。
• 初始化 ：此組件執(zhí)行類加載的最后階段，在該階段中，所有靜態(tài)變量都被分配了原始值，并且靜態(tài)塊從父類執(zhí)行到子類。 由于JVM是多線程的，因此此過程需要仔細的同步，并且某些線程可能會嘗試同時初始化同一類或接口。

圖3：ClassLoader子系統(tǒng)概述

1.2.1 ClassLoader如何在Java中工作？

Java中的類加載器以三個原則工作，即委托 ， 可見性和唯一性 。

圖4：Java中的類加載機制

• 代表團 ：據(jù)此：
  • 每當虛擬機遇到類時，JVM都會檢查是否加載了指定的.class文件。
• 可見性 ：據(jù)此：
  • 應(yīng)用程序類加載器可以看到父類加載器加載的類，但反之亦然，例如，如果類是由系統(tǒng)類加載器加載的，而稍后再次嘗試使用擴展類加載器顯式加載相同的類，則將拋出ClassNotFoundException 。運行。
• 唯一性 ：據(jù)此：
  • 由父類加載器加載的類不應(yīng)該由子類加載器需要重新加載

1.2.2如何在Java中加載類？

類加載器是分層的。 應(yīng)用程序中的第一個類是借助static main()方法專門加載的。 所有后續(xù)類都可以通過靜態(tài)或動態(tài)類加載技術(shù)來加載。

• 靜態(tài)類加載 ：在這種技術(shù)中，類是通過new運算符靜態(tài)加載的
• 動態(tài)類加載 ：在這種技術(shù)中，使用Class.forName()或loadClass()方法以編程方式加載類。 兩者之間的區(qū)別在于，前者在加載對象后初始化該對象，而后者僅加載該類但不初始化該對象

1.3運行時數(shù)據(jù)區(qū)

如圖5所示，該子系統(tǒng)分為五個主要部分，即

圖5：JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

• 方法區(qū)域 ：此組件保存每個.class文件的類級別數(shù)據(jù)，例如元數(shù)據(jù)，常量運行時池，靜態(tài)變量，方法的代碼等。每個JVM只有一個方法區(qū)域，并且在所有類之間共享。 默認情況下，分配給該區(qū)域的內(nèi)存是由JVM分配的，或者可以根據(jù)計算需要增加。 以下異常情況與此區(qū)域相關(guān)，即
  • 如果方法區(qū)域不滿足內(nèi)存分配請求，那么JVM會拋出OutOfMemory錯誤
• 堆區(qū)域 ：此組件是JVM內(nèi)存的一部分，所有對象及其對應(yīng)的實例變量和數(shù)組都存儲在JVM內(nèi)存中。 該內(nèi)存區(qū)域是在JVM啟動時創(chuàng)建的，并且只有一個堆區(qū)域跨多個線程共享，因為存儲在該區(qū)域中的數(shù)據(jù)不是線程安全的。 如果存儲在堆內(nèi)存中的對象沒有引用，則垃圾回收器 （即自動存儲管理系統(tǒng)）回收該對象的內(nèi)存； 此區(qū)域中的對象永遠不會顯式釋放。 以下異常情況與此區(qū)域相關(guān)，即
  • 如果計算需要的堆空間超過可用的堆空間，那么JVM會拋出OutOfMemory錯誤
• 堆棧區(qū)域 ：該組件還是JVM內(nèi)存的一部分，所有臨時變量都存儲在該內(nèi)存中。 該區(qū)域具有堆棧幀，并為每個線程分配一個幀。 一旦線程執(zhí)行完成，該框架也會被破壞。 堆棧區(qū)域是線程安全的，因為它不是共享資源，并且分為三個子實體，例如：
  • 局部變量數(shù)組：虛擬機使用這些局部變量在方法調(diào)用時傳遞參數(shù)

  以下異常情況與此區(qū)域相關(guān)，即

  • 如果線程處理要求虛擬機堆棧超出其允許的限制，則JVM會引發(fā)StackOverflow錯誤
• PC（程序計數(shù)器）寄存器 ：該組件保存當前正在執(zhí)行的JVM指令的地址。 Java中的每個線程都有其自己的PC寄存器來保存當前執(zhí)行指令的地址
• 本機方法堆棧 ：此組件用另一種語言編寫，并保存本機方法信息。 Java中的每個線程都有一個單獨的本機方法堆棧。 以下異常情況與此區(qū)域相關(guān)，即
  • 如果線程處理需要本機堆棧超出其允許的限制，則JVM會引發(fā)StackOverflow錯誤

這就是這篇文章的全部內(nèi)容。 學(xué)習愉快！

2.結(jié)論

在本教程中，開發(fā)人員對虛擬機ClassLoader和Runtime Data Areas組件進行了概述。 您可以在“ 下載”部分中下載示例代碼。

3.下載源代碼

這是虛擬機ClassLoader和Runtime Data Areas組件的教程。

下載
您可以在此處下載本教程的源代碼： JVM_Example

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2018/04/jvm-architecture-jvm-class-loader-and-runtime-data-areas.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM体系结构：JVM类加载器和运行时数据区的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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