开局一张图，前面已经从每一部分解析过JVM的内存结构了，现在按照顺序来分析：

整体上来看：类文件从类加载子系统，加载完成之后，主要存放在方法区（JRockit和H9没有方法区，这里指的是HotSpot）。运行时的数据主要是存放在运行时数据区，代码的解释编译优化以及垃圾收集，都是在执行引擎中。本地方法是指Native方法，也就是C/C++编写的方法。

类加载子系统

类文件首先需要经过类加载子系统，进行加载，进类信息等加载到运行时数据区。

在类加载子系统中有以下三个阶段操作：

  • 加载
  • 链接
  • 初始化

其中加载的时候，有三种类加载器：

  • Bootstrap ClassLoader：引导类加载器，主要加载JDK里面的核心类
  • Extension ClassLoader：拓展类加载器
  • Application ClassLoader：应用加载器

而链接也分为3个阶段，主要是：

  • 验证
  • 链接
  • 解析

运行时数据区

经过类加载子系统加载之后，进入运行时数据区，运行时区域主要分为：

  • 线程私有：
    • 程序计数器:Program Count Register,线程私有，没有垃圾回收
    • 虚拟机栈:VM Stack，线程私有，没有垃圾回收
    • 本地方法栈:Native Method Stack,线程私有，没有垃圾回收
  • 线程共享：
    • 方法区:Method Area，以HotSpot为例，JDK1.8后元空间取代方法区，有垃圾回收。
    • 堆:Heap，垃圾回收最重要的地方。

虚拟机栈，每一个线程有一份，每一个线程的虚拟机栈里面，存放的是一个个栈帧，每一个栈帧表示一个方法调用。

PC寄存器，同样是每一个线程有一份，不同线程之间执行到何处，互不干扰。

执行引擎

执行引擎里面可以逐行解释执行，也可以编译成机器指令直接执行，主要包括：

  • 解释器
  • 即时编译器：即时编译器中包括了中间代码生成器，代码优化器，目标代码生成器等。
  • 垃圾收集器

解释器，需要逐行解释执行，效率低下。譬如：如果循环两千次，循环体很大，每次执行都需要解释执行。

JIT 编译器，除了可以直接全部即时编译，还可以统计出那些代码执行频率比较高，这部分代码就是热点代码，这种技术叫做热点代码探测技术，JIT 编译器会将热点代码，提前编译成为机器指令，放在方法区缓存起来，下次执行到的时候，不需要解释执行，而是直接运行机器指令。

即时编译器的执行效率很高，为什么不将它全部提前编译好缓存起来呢？

  • 全部提前编译，首次启动响应速度慢，会有卡顿的感觉，因为编译需要大量时间。（主要原因）
  • 缓存代码，需要放在方法区，占用内存空间，容易溢出。
  • 翻译成为机器指令，则这部分缓存的 CodeCache 是不能够直接跨平台，因为不同环境的机器指令是不大一样的，只能每次运行前就全部编译。

如果需要写一个虚拟机，那么需要考虑的重要两部分是：类加载子系统和执行引擎。类加载子系统负责将类信息按照规定，加载到运行时数据区，而执行引擎主要负责对代码解释执行或者编译成二进制缓存起来，进行执行。

【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。个人写作方向：Java源码解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，剑指Offer，LeetCode等，认真写好每一篇文章，不喜欢标题党，不喜欢花里胡哨，大多写系列文章，不能保证我写的都完全正确，但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处，还望指正。

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