JVM工作过程

本文主要是介绍JVM工作过程，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

将JVM工作过程粗略分为5个阶段，包括加载阶段、链接阶段、初始化阶段、执行阶段、回收阶段
其中，
（1）加载阶段、链接阶段的解析部分主要由类加载器完成
（2）初始化阶段是由JVM的类加载机制在类加载过程的最后阶段自动触发的。
（3）执行阶段主要由执行引擎负责
（4）回收阶段主要是垃圾收集器（Garbage Collector）负责。

所以，在Java虚拟机（JVM）中，读取字节码文件、解析字节码文件为类信息，并将这些信息存储在运行时数据区的工作主要是由类加载器（ClassLoader）完成的。之后，执行引擎（Execution Engine）会利用这些存储在运行时数据区中的类信息（包括字节码），将其转换为特定平台上的机器码并执行。

1.加载阶段

类加载器负责将类的二进制数据（通常是.class文件）从文件系统、网络或其他来源读取到JVM的内存中。这个过程包括：
（1）通过类的全限定名（Fully Qualified Name）来定位并读取对应的字节码文件。
（2）将这个字节码文件所代表的静态存储结构转化为方法区（在Java 8及以后版本中称为元空间Metaspace）的运行时数据结构。
（3）在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为访问方法区中这些类数据的入口。

2.链接阶段

链接阶段包括验证、准备和解析三个子阶段，类加载器主要参与其中的验证和解析阶段（准备阶段不由类加载器直接负责，但也是类加载过程的一部分，在此提及以保持完整性）
（1）验证：验证是类加载过程的一部分，且是在加载阶段之后进行的。验证的目的是确保加载的字节码文件符合Java虚拟机规范，不会危害系统安全。验证包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证等。
（2）准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值（如int类型的变量初始化为0，对象引用类型的变量初始化为null）。
（3）解析：将类中的符号引用（如字段名、方法名等）替换为直接引用（即内存地址或偏移量）。这一步是类加载器在链接阶段的主要工作之一，它使得JVM在运行时能够直接通过内存地址或偏移量来访问类的字段和方法。

3.初始化阶段

初始化阶段主要是执行类的初始化代码，包括静态代码块和静态变量的赋值操作。
（1）当类被加载、链接（包括验证、准备和解析）之后，如果该类被主动使用（如创建类的实例、访问类的静态变量或静态方法等），JVM就会执行该类的初始化代码，即执行类构造器<clinit>()方法中的代码。
（2）类构造器<clinit>()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块（static block）中的语句合并产生的。它只会被执行一次，用于初始化类的静态变量和静态代码块。
（3）需要注意的是，初始化阶段与类的实例化（即创建类的对象）是不同的。类的实例化是通过调用类的构造器（<init>()方法，注意与类构造器<clinit>()区分）来完成的，而类的初始化则是在类被主动使用之前，由JVM自动触发的。

public class InitializationExample {  // 静态变量初始化  static int staticVar = 42;  // 静态代码块  static {  System.out.println("Static block executed. staticVar = " + staticVar);  // 可以对静态变量进行修改  staticVar = staticVar * 2;  }  public static void main(String[] args) {  // 访问类的静态变量，触发类的初始化  System.out.println("Accessing static variable: staticVar = " + staticVar);  // 创建类的实例不会再次触发类的初始化，因为<clinit>()方法只执行一次  InitializationExample instance1 = new InitializationExample();  InitializationExample instance2 = new InitializationExample();  // 演示实例变量和构造器  instance1.instanceMethod();  }  // 实例变量  int instanceVar = 10;  // 构造器  public InitializationExample() {  System.out.println("Constructor called. instanceVar = " + instanceVar);  }  // 实例方法  public void instanceMethod() {  System.out.println("Instance method called. instanceVar = " + instanceVar);  }  
}

4.执行阶段

执行引擎可以采用多种技术来实现字节码的执行，主要包括解释执行和即时编译（JIT，Just-In-Time Compilation）两种方式。
解释执行：解释器逐条读取字节码指令，并将其翻译成对应平台的机器码执行。这种方式实现简单，但执行效率相对较低，因为每次执行都需要进行翻译。
即时编译：JIT编译器将频繁执行的热点代码编译成目标平台的本地机器码，以提高执行效率。JVM通常会在程序运行时收集执行信息，识别出热点代码，并触发JIT编译。这种方式可以显著提高执行效率，但会增加编译的开销。