每一個Java 開發人員都知道字節碼由JRE (Java運行時環境)執行。但許多人不知道JRE是Java虛擬機(JVM)的實現， 它負責分析字節碼、解析并執行代碼。作為一個開發人員了解JVM架構是非常重要的，因為它使我們能更高效的編寫代碼。在這篇文章中我們將更深入了解Java中的JVM架構以及JVM的各個組件。

JVM是什么?

虛擬機 是物理機器的一個軟件實現。Java運行在VM上，實現WORA (一處編寫，處處運行)。 編譯器將Java文件編譯成Java .class 文件，然后這個.class文件被輸入到JVM中進行類文件的加載和執行。下面是一個JVM的架構圖。

JVM是如何工作的呢?

正如上面的架構圖所示，JVM被分為三個主要的子系統：

類加載器子系統

運行時數據區

執行引擎

1. 類加載器子系統

Java的動態類加載功能是由類加載器子系統處理。當它在運行時（不是編譯時）首次引用一個類時，它加載、鏈接并初始化該類文件。

1.1 加載

類由此組件加載。啟動類加載器 (Boot Strap class Loader)、擴展類加載器(Extension class Loader)和應用程序類加載器(Application class Loader) 這三種類加載器幫助完成類的加載。

啟動類加載器 – 負責從啟動類路徑中加載類，無非就是rt.jar。這個加載器會被賦予最高優先級。

擴展類加載器 – 負責加載ext 目錄(jre\lib)內的類.

應用程序類加載器 – 負責加載應用程序級別類路徑，涉及到路徑的環境變量等etc.

上述的類加載器會遵循委托層次算法（Delegation Hierarchy Algorithm）加載類文件。

1.2 鏈接

校驗 – 字節碼校驗器會校驗生成的字節碼是否正確，如果校驗失敗，我們會得到校驗錯誤。

準備 – 分配內存并初始化默認值給所有的靜態變量。

解析 – 所有符號內存引用被方法區(Method Area)的原始引用所替代。

1.3 初始化

這是類加載的最后階段，這里所有的靜態變量會被賦初始值, 并且靜態塊將被執行。

2. 運行時數據區（Runtime Data Area）

運行時數據區域被劃分為5個主要組件：

方法區（Method Area）?– 所有類級別數據將被存儲在這里，包括靜態變量。每個JVM只有一個方法區，它是一個共享的資源。

堆區（Heap Area）– 所有的對象和它們相應的實例變量以及數組將被存儲在這里。每個JVM同樣只有一個堆區。由于方法區和堆區的內存由多個線程共享，所以存儲的數據不是線程安全的。

棧區（Stack Area）– 對每個線程會單獨創建一個運行時棧。對每個函數呼叫會在棧內存生成一個棧幀(Stack Frame)。所有的局部變量將在棧內存中創建。棧區是線程安全的，因為它不是一個共享資源。棧幀被分為三個子實體：

1.局部變量數組– 包含多少個與方法相關的局部變量并且相應的值將被存儲在這里。

2.操作數棧– 如果需要執行任何中間操作，操作數棧作為運行時工作區去執行指令。

3.幀數據– 方法的所有符號都保存在這里。在任意異常的情況下，catch塊的信息將會被保存在幀數據里面。

4.PC寄存器– 每個線程都有一個單獨的PC寄存器來保存當前執行指令的地址，一旦該指令被執行，pc寄存器會被更新至下條指令的地址。

5.本地方法棧– 本地方法棧保存本地方法信息。對每一個線程，將創建一個單獨的本地方法棧。

3. 執行引擎

分配給運行時數據區的字節碼將由執行引擎執行。執行引擎讀取字節碼并逐段執行。

解釋器– 解釋器能快速的解釋字節碼，但執行卻很慢。 解釋器的缺點就是,當一個方法被調用多次，每次都需要重新解釋。

JIT 編譯器– JIT編譯器消除了解釋器的缺點。執行引擎利用解釋器轉換字節碼，但如果是重復的代碼則使用JIT編譯器將全部字節碼編譯成本機代碼。本機代碼將直接用于重復的方法調用，這提高了系統的性能。

1.中間代碼生成器– 生成中間代碼

2.代碼優化器– 負責優化上面生成的中間代碼

3.目標代碼生成器?– 負責生成機器代碼或本機代碼

4.探測器(Profiler)?– 一個特殊的組件，負責尋找被多次調用的方法。

3.垃圾回收器: 收集并刪除未引用的對象。可以通過調用"System.gc()"來觸發垃圾回收，但并不保證會確實進行垃圾回收。JVM的垃圾回收只收集哪些由new關鍵字創建的對象。所以，如果不是用new創建的對象，你可以使用finalize函數來執行清理。

如何才能成為一個公司的頂梁柱般架構師呢？

基本知識

1.學會分析源碼

程序員每天都和代碼打交道。經過數年的基礎教育和職業培訓，大部分程序員都會「寫」代碼，或者至少會抄代碼和改代碼。但是，會讀代碼的并不在多數，會讀代碼又真正讀懂一些大項目的源碼的，少之又少。這種怪狀，真要追究起來，怪不得程序員這個群體本身 —— 它是兩個原因造成的：

我們所有的教育和培訓都在強調怎么寫代碼，并沒有教大家如何讀代碼

大多數工作場景都是一個蘿卜一個坑，我們只需要了解一個系統的局部便能開展工作，讀不相干的代碼，似乎沒用

讀源碼三問：“為什么要有這樣的架構”，“他是什么樣子的”，“他是怎么工作的”。

那么阿里程序員是如何去讀代碼的呢？

2.分布式架構特點及設計理念

首先需要說明的是，分布式系統是一個復雜且寬泛的研究領域，學習一兩門在線課程，看一兩本書可能都是不能完全覆蓋其所有內容的。介于這篇文章是引導初學者入門，所以我個人覺得為初學者介紹一下當前分布式系統領域的全貌，也許比直接推薦論文和課程更有幫助。當初學者對這個領域建立起一個大的 Picture 之后，可以根據自己的興趣，有選擇性的深入不同領域進行進一步的學習。

3.為什么微服務會這么火？

要學習微服務，首先，我們要了解為什么使用微服務。

代碼難以理解？

構建和部署耗時長，難以定位問題，開發效率低？

單體只能按整體橫向擴展，無法分模塊垂直擴展？

一個bug有可能引起整個應用的崩潰？

受技術棧限制，團隊成員使用同一框架和語言？

那么如何解決單體的不足呢，通過遷移到微服務架構來解決，我們看一下什么是微服務。

微服務架構:將單體應用拆分為多個高內聚低耦合的小型服務，每個小服務運行在獨立進程，由不同的團隊開發和維護，服務間采用輕量級通信機制，獨立自動部署，可以采用不同的語言及存儲。

單體架構整個團隊維護開發一個大工程及一個單庫，到了微服務架構，用戶請求經過API Gateway被路由到下游服務，服務之間以輕量級通信協議進行通信，服務通過注冊中心發現彼此，每個服務都有專門的開發維護團隊，每個服務對應獨立的數據庫，服務獨立開發，獨立部署和上線。

接下來我們總結下微服務的優點。

易于開發與維護

微服務相對小，易于理解

啟動時間短，開發效率高

獨立部署

一個微服務的修改不需要協調其它服務

伸縮性強

每個服務都可以在橫向和縱向上擴展

每個服務都可按硬件資源的需求進行獨立擴容

與組織結構相匹配

微服務架構可以更好將架構和組織相匹配

每個團隊獨立負責某些服務，獲得更高的生產力

技術異構性

使用最適合該服務的技術

降低嘗試新技術的成本

下面就送上學習架構圖吧

如果你覺得想提升下自己，學習文章中的知識，在此推薦一個免費公開課的地方，可以加群：433540541，找群主獲取上課資格，這是免費的課程，找群主要的時候可以客氣一點。

4.程序員到底要不要學習JVM

總有人問這個東西好像用不上,于是要不要學這樣的問題。

然后又總有人擔心一直搬磚成天做些重復沒提升的東西。

如果你這輩子只甘心做一個平庸的Java碼農，那么你完全沒有必要去學習JVM相關的知識，學習JVM對于一個Java程序員的好處大概可以概括為下幾點：

1.你能夠明白為什么Java最早期被稱為解釋型語言，而后來為什么又被大家叫做解釋與編譯并存的語言（了解JVM中解釋器以及即時編譯器就可以回答這個問題）；

2.你能夠理解動態編譯與靜態編譯的區別，以及動態編譯相對于靜態編譯到底有什么好處（JVM JIT）；

3.你能夠利用一些工具，jmap, jvisualvm, jstat, jconsole等工具可以輔助你觀察Java應用在運行時堆的布局情況，由此你可以通過調整JVM相關參數提高Java應用的性能；

4.可以清楚知道Java程序是如何執行的；

5.可以明白為什么Java等高級語言具有可移植性強的特性。

其實這個問題相當于“為什么C／C++程序員需要學體系結構與編譯原理？”

話不多說，附上學習體系圖

5.被我們忽略掉的工程化專題

IT產業行業細分化已經不是一天兩天的事了。集成技術這件事并不可恥可笑，反而是另一種可貴的能力。并不是像一些人形容的那樣，好像批發幾個CPU，拿到華強北就能把自己的電腦改裝成超級計算機了。

那么，為什么我們常常會忽略掉工程化這件事的價值呢？主要的原因，或許是因為工程化這件事本身就離我們太遠。一個產業工程化的普遍性越高，說明這個產業發展的越成熟：產業鏈細分、分工細化、全球化的研發和生產這些高效的工作方式開始出現。而產業成熟也往往代表著寡頭化情況顯著。

在IT產業中，寡頭化出現代表著創業公司減少——沒人再去用聲勢浩大的發布會講故事、沒人再去宣傳自己拿了多少融資。

這一代中國人自小的教育不比歐美的STEAM，而是重學術、輕手藝。我們往往會為工科和產能過剩畫上等號。強大的資本和技術門檻為這些產業蒙上了一層神秘的面紗，讓普通人很難真正了解到其中技術和工藝的復雜程度，也就更難明白其中的價值。可正是因為中國的工程化能力，才讓我們有機會走到AI時代的第一梯隊，而不僅僅是靠學術研究能力。

另外一個原因，或許在于我們天生“叛逆心”。超級計算機、手機芯片等等技術門檻較高的產業，其背后往往是大企業和國資科研機構。當評判的對象是他們時，我們似乎更愿意相信狗血的商業故事和陰謀論：比如科研經費都被教授們吃吃喝喝啦；搞超級計算機就是放衛星其實美日根本不care啦；XX企業的技術都是從創業公司買來的除了會賺用戶的錢啥技術都沒有……

產生這種“叛逆心”的原因太深刻，我們能做到的，只有在這種“慣性思維”出現時先按住自己奔向鍵盤的手，轉表達欲為好奇心，完成自己了解的義務，再去行使自己批判的權利。

附上思維腦圖

6.沒有高并發經驗，想進大公司該怎么辦？

假如沒有靠譜的公司,接觸不到高并發的業務場景怎么辦?你永遠解決的是小問題，工作10年技術也未必提升多少。

很多程序員也經常找我說，沒有經驗就沒有靠譜的公司收，沒有靠譜的公司也就沒有經驗，我看了無數的書，自己做了無數的實驗拼命想找個靠譜公司去深入，但是感覺好難，簡直是個死循環

讀者群的朋友大家都比較關注高并發，原因很簡單，想去BAT這樣的大公司，你必須要有高并發的經驗。今天普及下高并發的知識，希望大家對高并發有一個正確的認識。

7.學習千遍，不如項目實戰成功一次

我們在學習過程中最容易犯的一個錯誤就是：看的多，動手的少。特別是對一些項目的整體開發，我們接觸的機會就更少了。

一次完整的開發，是最好的學習。它能讓你對整個開發流程有完整的認識，對知識也會有極大的鞏固。更重要的是，你將學會將理論知識用到實際開發中的方法。

所以無論項目大小，一定要動手去進行開發學習。

項目實戰相信很多程序員都多少會有的，可是我們這個還要學習什么呢？

那就要看你想不想成為一個架構師了，為什么98%的程序員工作10年，一輩子還只是一個開發者。程序員們都要想一想這個問題，我是不是需要提升了。

我認為，學習項目實戰最重要的還是學習項目管理，作為程序員，都應該學點項目管理。

凡事皆為“項目”

項目的兩類屬性（復雜的邏輯，龐大的信息量）

人腦擅長的是思考，而不是記憶

成為一個“獨當一面”的人

獨當一面是一個很性感的詞。是否擁有它，對應的職場價值，有著天壤之別的。

所有老板都喜歡“獨當一面”的員工，因為這是最省心力、最好算賬的模式：給你一塊資源，給你一個 title，給你一個目標，然后你給我打出一片天地來。

當你能獨立對一攤子事情負責，并把它們一一搞定，你會擁有大幅度的職場溢價——相應的，其收入回報，也遠非“技術螺絲”可比了。

如果你很進取，你會逐漸地：主導一個小組，一個部門，一個家庭，甚至還是城市……而這所有的一切起點，正是獨立完整地做好一個項目：你沒有誰可以依靠，你要對其中大大小小的事務負責，你要對最后的結果。

換句話說，“項目管理”是“獨當一面”的元能力。在這個過程中，你的意識越發清晰，你的方法論越發成熟，你的信心更加沛，項目越做越大。直到某天，你真的有了掌控一方的封疆大吏。

這就是我們學習“項目實戰”的終極意義。

或許作為程序員的你想提升自己，卻找不到突破口，公司沒人帶。又或許你已經工作6年了，卻還是很迷茫，很多知識都還是不懂，也沒有達到自己期望的一個職位，薪資。在此推薦一個免費公開課的地方，上面所提到的架構師基本知識點都有資料，可以加群：433540541，找群主獲取上課資格，這是免費的課程，找群主要的時候可以客氣一點。

到這里，你可能認為文章已經完了，學完這些就可以去BAT大公司做一個架構師，年薪50W+嗎？

不，你錯了，這些都知識最基本的知識，想要成為一個架構師必須是一個累積的過程，也是這么多程序員終其一生也只是一個開發，到年齡就會被公司辭退。