Віртуальна машина Java (JVM) є основним компонентом Java Runtime Environment (JRE), який дозволяє програмам Java працювати на будь-якій платформі без змін. JVM діє як інтерпретатор між байт-кодом Java і основним апаратним забезпеченням, надаючи відому можливість Java Write Once Run Anywhere (WORA).

• Джерело Java (.java) -> скомпільовано javac -> байт-код (.class)
• JVM завантажує байт-код, перевіряє його зв’язок, а потім виконує
• Виконання може передбачати інтерпретацію байт-коду або використання Just-In-Time (JIT) компіляції для перетворення гарячого коду у рідний машинний код для підвищення продуктивності
• Збирання сміття виконується у фоновому режимі, щоб звільнити пам’ять від невикористаних об’єктів

Архітектура JVM

На зображенні нижче показано архітектуру та ключові компоненти JVM.

Компоненти архітектури JVM

Тепер ми детально обговоримо кожен компонент JVM.

Він в основному відповідає за три види діяльності. 

1. Завантаження

• Читає файли .class і зберігає метадані класу в області методів.
• Створює об’єкт Class у купі, що представляє завантажений клас.

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();  } } 

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

Примітка: За кожен завантажений .клас лише файл один створено об'єкт класу.

2. Посилання: Відповідає за підготовку завантаженого класу до виконання. Він включає три кроки:

• Перевірка: Гарантує, що байт-код відповідає правилам JVM і безпечний для виконання.
• Приготування: Виділяє пам'ять для статичних змінних і призначає значення за замовчуванням.
• роздільна здатність: Перетворює символічні посилання на прямі посилання в пам’яті.

3. Ініціалізація

• Призначає фактичні значення статичним змінним.
• Виконує статичні блоки, визначені в класі.

Типи завантажувача класів

• Завантажувач класів Bootstrap: Завантажує основні класи Java (JAVA_HOME/lib).
• Завантажувач класів розширення: Завантажує класи з каталогу розширень (JAVA_HOME/jre/lib/ext).
• Завантажувач класу системи/програми: Завантажує класи з шляху до класів програми.

// 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());  } } 

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

2. Області пам’яті JVM

• Область методу: Зберігає інформацію на рівні класу, як-от назву класу, змінні методів батьківського класу та статичні дані. Спільне використання через JVM.
• Площа купи: Зберігає всі предмети. Спільне використання через JVM.
• Площа стека: Кожен потік має власний стек часу виконання; зберігає виклики методу локальних змінних у кадрах стека. Знищується, коли нитка закінчується.
• Реєстри ПК: Зберігайте адресу поточної інструкції для кожного потоку.
• Стеки рідних методів: Кожен потік має окремий стек для виконання рідного методу.

3. Механізм виконання 

Механізм виконання виконує .class (байт-код). Він зчитує байт-код рядок за рядком, використовує дані та інформацію, наявну в різних областях пам’яті, і виконує інструкції. Його можна класифікувати на три частини:

• Перекладач: Він інтерпретує байт-код рядок за рядком, а потім виконує. Недоліком тут є те, що коли один метод викликається кілька разів, кожен раз потрібна інтерпретація.
• Компілятор Just-In-Time (JIT): Використовується для підвищення ефективності перекладача. Він компілює весь байт-код і змінює його на власний код, тому щоразу, коли інтерпретатор бачить повторювані виклики методів, JIT надає прямий власний код для цієї частини, тому повторна інтерпретація не потрібна, що підвищує ефективність.
• Збирач сміття: Він знищує об’єкти, на які немає посилань. Докладніше про Garbage Collector див Збирач сміття .

4. Рідний інтерфейс Java (JNI)

Це інтерфейс, який взаємодіє з бібліотеками рідних методів і надає власні бібліотеки (C C++), необхідні для виконання. Це дозволяє JVM викликати бібліотеки C/C++ і викликати бібліотеки C/C++, які можуть бути специфічними для апаратного забезпечення.

5. Бібліотеки рідних методів

Це колекції нативних бібліотек, необхідних для виконання нативних методів. Вони містять бібліотеки, написані такими мовами, як C і C++.