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

• ClassLoader子系統
• 運行時數據區

1.簡介

在繼續之前，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字節碼提供了運行時環境以供執行。 JVM可用于許多硬件和軟件平臺，但是很少有Java開發人員知道Java運行時環境 （JRE）是Java虛擬機 （JVM）的實現。 JVM分析字節碼，對其進行解釋，然后執行相同的字節碼以顯示輸出。

JVM的基本功能是執行已編譯的.class文件（即字節碼）并生成輸出。 請注意 ，每個操作系統都有一個不同的JVM，但是在所有操作系統上生成的字節碼輸出都是相同的。 這意味著在Windows操作系統上生成的字節碼也可以在Linux操作系統上運行，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
• 執行代碼
• 為Java字節碼提供運行時環境

1.1.2 JVM內部架構

下圖顯示了符合JVM規范的Java虛擬機的關鍵內部組件。

圖2：Java虛擬機架構

下面分別解釋圖2中所示的類加載器和運行時數據區域組件。

1.2 ClassLoader子系統

類加載器子系統是Java虛擬機的基本核心，用于加載/讀取.class文件并將字節碼保存在JVM方法區域中。 該子系統處理動態類加載功能，并執行三個主要功能，即：

• 加載 ：此組件處理將.class文件從硬件系統加載到JVM內存并存儲二進制數據（例如完全限定的類名，直接父類名，有關方法，變量，構造函數的信息等）。在方法領域。 對于每個已加載的.class文件，JVM會立即在堆存儲器上創建一個類型為java.lang.class的對象。 請記住 ，即使開發人員多次調用一個類，也只會創建一個類對象。 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存在的內部核心Java類以及java.lang.*包中存在的其他類。
• 鏈接 ：此組件執行類或接口的鏈接。 由于此組件涉及新數據結構的分配，因此它可能會拋出OutOfMemoryError并執行三個重要的活動：
  • 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 ：此組件執行類加載的最后階段，在該階段中，所有靜態變量都被分配了原始值，并且靜態塊從父類執行到子類。 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 ：據此：
  • 應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 ：據此：
  • 由父類加載器加載的類不應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。 所有后續類都可以通過靜態或動態類加載技術來加載。

• 靜態類加載 ：在這種技術中，類是通過new運算符靜態加載的
• 動態類加載 ：在這種技術中，使用Class.forName()或loadClass()方法以編程方式加載類。 兩者之間的區別在于，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運行時數據區

如圖5所示，該子系統分為五個主要部分，即

圖5：JVM運行時數據區

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

  以下異常情況與此區域相關，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StackOverflow錯誤
• PC（程序計數器）寄存器 ：該組件保存當前正在執行的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域相關，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StackOverflow錯誤

這就是這篇文章的全部內容。 學習愉快！

2.結論

在本教程中，開發人員對虛擬機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

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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