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 でコンパイル -> 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。

4. Java ネイティブインターフェイス (JNI)

ネイティブメソッドライブラリと連携し、実行に必要なネイティブライブラリ(C C++)を提供するインターフェースです。これにより、JVM は C/C++ ライブラリを呼び出したり、ハードウェアに固有の C/C++ ライブラリによって呼び出されたりできるようになります。

5. ネイティブメソッドライブラリ

これらは、ネイティブメソッドの実行に必要なネイティブライブラリのコレクションです。これらには、C や C++ などの言語で書かれたライブラリが含まれます。