JVM架构图是怎样的？

一、JVM架构图概览

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|       类加载子系统       |
|  (Class Loader Subsystem)|
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|      运行时数据区        |
|   (Runtime Data Areas)   |
|   ├── 方法区/元空间      |
|   ├── 堆                 |
|   ├── 程序计数器         |
|   ├── 虚拟机栈           |
|   └── 本地方法栈         |
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|       执行引擎           |
|    (Execution Engine)    |
|    ├── 解释器            |
|    ├── JIT编译器         |
|    └── 垃圾收集器        |
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|    本地接口与库          |
| (Native Interface/Lib)   |
|    ├── JNI               |
|    └── 本地方法库        |
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二、核心组件详解

1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）

• 功能：动态加载.class文件到方法区，并完成验证、准备、解析和初始化。
• 类加载器层次：
  • 启动类加载器（Bootstrap）：加载JRE核心类（如rt.jar）。
  • 扩展类加载器（Extension）：加载jre/lib/ext目录下的类。
  • 应用类加载器（Application）：加载用户类路径（ClassPath）中的类。
  • 自定义类加载器：支持动态加载网络资源或实现热部署。

2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）

• 线程共享区域：
  • 方法区/元空间（Method Area/Metaspace）：
    • 存储类元数据（类结构、常量池、静态变量）。
    • JDK 8前：永久代（PermGen），内存受JVM限制；JDK 均使其用本地内存，无固定上限。
  • 堆（Heap）：
    • 存储对象实例和数组，分新生代（Eden + Survivor区）和老年代。
    • 垃圾回收主要针对堆内存。
• 线程私有区域：
  • 程序计数器（PC Register）：记录当前指令地址，唯一不抛出OOM的区域。
  • 虚拟机栈（VM Stack）：每个方法调用创建一个栈帧（局部变量表、操作数栈）。
  • 本地方法栈（Native Method Stack）：服务本地方法（如C/C++）。

3. 执行引擎（Execution Engine）

• 功能：将字节码转换为机器指令并执行。
• 核心组件：
  • 解释器（Interpreter）：逐行解释字节码，启动阶段使用。
  • 即时编译器（JIT Compiler）：
    • 将热点代码编译为本地机器码，提升性能（如G1/ZGC收集器）。
  • 垃圾收集器（Garbage Collector）：
    • 管理堆和方法区内存，算法包括分代收集、标记-整理等。

4. 本地接口（Native Interface）

• 功能：允许Java调用本地方法（如C/C++库）。
• 核心组件：
  • JNI（Java Native Interface）：提供API实现跨语言交互。
  • 本地方法库（Native Method Libraries）：存储本地代码实现。

三、JVM执行流程

1. 编译：Java源码 → 字节码（.class文件）。
2. 加载：类加载子系统将字节码加载到方法区。
3. 执行：
   • 解释器逐行执行字节码，JIT编译器优化热点代码。
   • 线程通过虚拟机栈执行方法，程序计数器记录指令地址。
4. 内存管理：
   • 堆分配对象实例，GC回收无用对象。
   • 方法区存储类元数据，元空间溢出时抛OutOfMemoryError: Metaspace。

四、关键优化点

• 堆内存：通过-Xms、-Xmx设置初始和最大堆大小。
• 元空间：通过-XX:MetaspaceSize、-XX:MaxMetaspaceSize限制元空间大小。
• 垃圾收集器：选择G1、ZGC等低延迟收集器（如-XX:+UseG1GC）。

五、JDK版本演进

• JDK 8：永久代（PermGen）被元空间（Metaspace）取代，元空间使用本地内存。
• JDK 11+：ZGC成为正式特性，支持低延迟垃圾回收。
  通过以上架构图和组件关系，可清晰理解JVM如何实现跨平台、自动内存管理及高效执行。实际应用中需结合监控工具（如VisualVM、JConsole）进行性能调优。