JVM の仕組み - JVM アーキテクチャ

Java 仮想マシン (JVM) は、Java プログラムを変更せずに任意のプラットフォームで実行できるようにする Java ランタイム環境 (JRE) のコアコンポーネントです。 JVM は、Java バイトコードと、Java の有名な Write Once Run Anywhere (WORA) 機能を提供する基盤となるハードウェアとの間のインタープリターとして機能します。

Java ソース (.java) -> javac によってコンパイル -> バイトコード (.class)
JVM はバイトコードをロードし、リンクしていることを確認してから実行します。
実行にはバイトコードの解釈や、ジャストインタイム（JIT）コンパイルを使用してホットコードをネイティブマシンコードに変換してパフォーマンスを向上させることが含まれる場合があります。
ガベージコレクションはバックグラウンドで実行され、未使用のオブジェクトからメモリを再利用します。

JVMのアーキテクチャ

以下の画像は、JVM のアーキテクチャと主要コンポーネントを示しています。

JVM アーキテクチャのコンポーネント

次に、JVM の各コンポーネントについて詳しく説明します。

1. クラスローダーサブシステム

主に3つの活動を担当します。

1. 読み込み

.class ファイルを読み取り、クラスのメタデータをメソッド領域に保存します。
ロードされたクラスを表す Class オブジェクトをヒープ内に作成します。

Java

    class   GFG  {          static  {          System  .  out  .  println  (  'GFG class is loaded by the JVM!'  );      }      public     void     display  (){          System  .  out  .  println  (  'Method of GFG class is executed.'  );      }   }   public     class   Test  {      public     static     void     main  (  String  []     args  )     throws     Exception  {          System  .  out  .  println  (  'Main method started.'  );      // Loading the class explicitly using Class.forName()      Class  .  forName  (  'GFG'  );      System  .  out  .  println  (  'Class loaded successfully.'  );      // Creating object to execute method      GFG     obj     =     new     GFG  ();      obj  .  display  ();      }   }

出力

Main method started. GFG class is loaded by the JVM! Class loaded successfully. Method of GFG class is executed.

注記： ロードされたすべての 。クラス ファイルのみ 1つクラスのオブジェクトが作成されます。

2. リンク: ロードされたクラスの実行準備を担当します。これには次の 3 つのステップが含まれます。

検証： バイトコードが JVM ルールに従い、安全に実行できることを確認します。
準備： 静的変数にメモリを割り当て、デフォルト値を割り当てます。
解決： シンボリック参照をメモリ内の直接参照に変換します。

3. 初期化

実際の値を静的変数に割り当てます。
クラスで定義された静的ブロックを実行します。

クラスローダーのタイプ

ブートストラップクラスローダー: コア Java クラス (JAVA_HOME/lib) をロードします。
拡張クラスローダー: 拡張機能ディレクトリ (JAVA_HOME/jre/lib/ext) からクラスをロードします。
システム/アプリケーションクラスローダー: アプリケーションのクラスパスからクラスをロードします。

Java

    // Java code to demonstrate Class Loader subsystem   public     class   Geeks      {      public     static     void     main  (  String  []     args  )      {      // String class is loaded by bootstrap loader and      // bootstrap loader is not Java object hence null      System  .  out  .  println  (  String  .  class  .  getClassLoader  ());      // Test class is loaded by Application loader      System  .  out  .  println  (  Geeks  .  class  .  getClassLoader  ());      }   }

出力

null jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@8bcc55f

2. JVM メモリ領域

メソッドエリア: クラス名、親クラスのメソッド変数、静的データなどのクラスレベルの情報を保存します。 JVM 全体で共有されます。
ヒープ領域: すべてのオブジェクトを保存します。 JVM 全体で共有されます。
スタック領域: 各スレッドには独自のランタイムスタックがあります。メソッドはスタックフレーム内のローカル変数を呼び出します。スレッドが終了すると破棄されます。
PC レジスタ: 各スレッドの現在実行中の命令のアドレスを保持します。
ネイティブメソッドスタック: 各スレッドには、ネイティブメソッドを実行するための個別のスタックがあります。

3. 実行エンジン

実行エンジンは、.class (バイトコード) を実行します。バイトコードを一行ずつ読み取り、さまざまなメモリ領域に存在するデータと情報を使用して命令を実行します。それは次の 3 つの部分に分類できます。

通訳者： バイトコードを 1 行ずつ解釈して実行します。ここでの欠点は、解釈が必要になるたびに 1 つのメソッドが複数回呼び出される場合があることです。
ジャストインタイムコンパイラ(JIT): 通訳の効率を高めるために使用されます。バイトコード全体をコンパイルしてネイティブコードに変更するため、インタプリタがメソッド呼び出しの繰り返しを確認するたびに、JIT がその部分に直接ネイティブコードを提供するため、再解釈が不要になり、効率が向上します。
ガベージコレクター: 参照されていないオブジェクトは破棄されます。ガベージコレクターの詳細については、「ガベージコレクター」を参照してください。ガベージコレクター。