Qu'est-ce que la machine virtuelle Java (JVM) et comment cela fonctionne-t-il?

Qu'est-ce que la machine virtuelle Java (JVM) et comment cela fonctionne-t-il?

Comprendre la machine virtuelle Java

La machine virtuelle Java (JVM) est un composant crucial de la plate-forme Java. Ce n'est pas une machine physique; Au lieu de cela, il s'agit d'une implémentation logicielle d'un ordinateur hypothétique qui exécute Java Bytecode. Considérez-le comme un traducteur et un environnement d'exécution. Les programmeurs Java écrivent du code dans Java, qui est ensuite compilé en bytecode - un ensemble d'instructions indépendants de la plate-forme. Ce bytecode n'est pas directement compris par votre système d'exploitation; Il s'agit du travail de JVM pour interpréter et exécuter ce bytecode.

Le flux de travail de JVM:

Compilation: Code source Java (. Java) est d'abord compilé en bytecode (. Ce bytecode est indépendant de la plate-forme, ce qui signifie que le même fichier .class peut s'exécuter sur n'importe quel système avec un jvm compatible.

Chargement de classe: Le chargeur de classe de JVM charge les fichiers bytecode nécessaires en mémoire. Il effectue des tâches telles que la vérification (assurer l'intégrité du bytecode) et la liaison (résoudre les références à d'autres classes).

Interprétation / compilation bytecode: Le JVM interprète le bytecode, traduisant chaque instruction dans le code machine correspondant pour le système d'exploitation sous-jacent. De nombreux JVM utilisent également la compilation JIT-in-temps (JIT), où les sections bytecode fréquemment exécutées sont compilées dans le code machine natif pour une exécution plus rapide. Cela stimule considérablement les performances par rapport à l'interprétation pure.

Exécution: Le code de machine interprété ou compilé est exécuté par le CPU, ce qui entraîne la sortie du programme.

Collection des déchets: Les objets JVM gèrent automatiquement l'allocation de la mémoire et la collecte des déchets, la récupération de la mémoire occupante par des objets qui ne sont pas plus utilisés. Cela empêche les fuites de mémoire et simplifie la gestion de la mémoire pour les développeurs.

En substance, le JVM agit comme un intermédiaire entre votre code Java et le système d'exploitation sous-jacent, permettant aux programmes Java d'exécuter sur n'importe quelle plate-forme avec une implémentation JVM.

JVM

Le JVM offre plusieurs avantages convaincants pour le développement des applications:

• Indépendance de la plate-forme ("Écrire une fois, exécuter n'importe où"): Ceci est sans doute l'avantage le plus significatif. Étant donné que le JVM gère la traduction en code machine spécifique à la plate-forme, les applications Java peuvent s'exécuter sur n'importe quel système avec une implémentation JVM sans nécessiter de recompilation. Cette portabilité est cruciale pour déployer des applications dans divers environnements.
• Gestion de la mémoire: La collection automatique des ordures de JVM soulage les développeurs du fardeau de la gestion manuelle de la mémoire, réduisant le risque de fuites de mémoire et simplifiant le développement. Cela permet aux développeurs de se concentrer sur la logique des applications plutôt que sur les détails de la mémoire de bas niveau.
• robustesse et sécurité: Le JVM intègre des fonctionnalités de sécurité telles que la vérification Bytecode et les contrôles d'accès pour améliorer la sécurité des applications et empêcher l'exécution du code malveillant. Son mécanisme de gestion des exceptions aide à prévenir les accidents des applications en raison d'erreurs inattendues.
• Grand écosystème et bibliothèques: java possède un vaste écosystème de bibliothèques, de cadres et d'outils, fournissant aux développeurs des composants facilement disponibles pour accélérer le développement. Cet écosystème riche réduit considérablement le temps et les efforts de développement.
• Performances: Bien que traditionnellement connu pour son exécution plus lente par rapport au code natif, les JVM modernes, avec leurs techniques de compilation JIT sophistiquées, atteignent des performances presque natives pour de nombreuses applications.
• Multithreading Support: Le JVM Créez des applications simultanées et parallèles pour tirer parti des processeurs multicœurs.

Comment le JVM gère-t-il la collection de mémoire et de déchets?

Gestion de la mémoire JVM

Le JVM divise la mémoire en plusieurs domaines distincts:

• Heap: La collecte des ordures se concentre principalement sur le tas.
• Zone de méthode: stocke les métadonnées de classe, le code de la méthode et les variables statiques.
• pile: stocke les variables locales, les paramètres de la méthode et les adresses de retour pendant l'exécution de la méthode. Chaque thread a sa propre pile.
• PC REGISTERS: Chaque thread a un compteur de programme qui pointe vers les instructions en cours d'exécution.
• Pile de méthode native: stocke les informations liées aux méthodes natives (méthodes écrites dans les langues autres que Java).

Collection Garbage Processus automatique de récupération de la mémoire occupée par des objets qui ne sont plus accessibles par l'application. Différents algorithmes de collecte de déchets existent, chacun avec ses propres compromis:

• Mark and Sweep: identifie des objets inaccessibles (ceux qui ne sont pas référencés par une partie active du programme) et récupère leur mémoire.
• Coping> Copie: divise le tas en deux espaces. Les objets en direct sont copiés dans un espace, et l'autre espace est récupéré.
• Mark and Compact: Similaire à Mark et Sweep, mais après avoir identifié et récupéré des objets inaccessibles, il compacte les objets restants pour réduire la fragmentation de la mémoire. Les objets sont promus d'une génération à l'autre en fonction de leur âge et de leur temps de survie. Cela optimise la collecte des ordures en se concentrant sur les jeunes objets fréquemment collectés.

Le choix du collecteur des ordures a un impact significatif sur les performances de l'application. Le réglage du collecteur des ordures est souvent crucial pour optimiser la réactivité et le débit des applications.

Quelles sont les techniques de réglage JVM courantes pour améliorer les performances des applications?

Optimisation des performances JVM

Le Tinging Le JVM peut améliorer de manière significative les performances de l'application. Les techniques courantes comprennent:

• Choisir le bon collecteur de déchets: Différents collecteurs de ordures (par exemple, série, parallèle, CMS, G1, ZGC) ont des caractéristiques de performance différentes. La sélection du collecteur de déchets approprié en fonction des besoins de l'application est cruciale. Par exemple, G1GC est souvent un bon choix pour les applications avec de grands tas.
• Taille de taille du tas: Réglage des tailles de tas appropriées (en utilisant -xms pour la taille initiale du tas et -xmx pour la taille maximale du tas) est critique. Un tas trop petit peut entraîner des collections de déchets fréquentes, tandis qu'un tas trop grand peut entraîner une consommation excessive de mémoire.
• Optimisation du compilateur JIT: Les JVM fournissent souvent des options pour contrôler le comportement de compilation JIT. Le réglage de ces options (par exemple, l'activation de la compilation à plusieurs niveaux) peut améliorer les performances.
• Surveillance et profilage: en utilisant des outils comme JConsole, VisualVM ou des profilers commerciaux pour surveiller les métriques JVM (par exemple, les pauses de collecte de garbage, l'utilisation de la mémoire, l'utilisation de CPU) Aide à identifier les performances Bottleck. Les outils de profilage aident à identifier des sections de code spécifiques qui consomment des ressources excessives.
• Utilisation d'arguments JVM: Divers arguments JVM (par exemple, -xx: USECOnCMarksweepgc , -xx: maxgcpausemillis = 200 ) permettent un contrôle à graine fin par rapport à la collection Garbage sur la collection Garbage et autre. Une sélection minutieuse de ces arguments basée sur les résultats du profilage peut améliorer considérablement les performances.
• Suivi de la mémoire native: Comprendre et gérer l'utilisation de la mémoire native (mémoire utilisée par le JVM elle-même et les bibliothèques natives) est importante, en particulier pour les applications avec des interactions de code natif étendues. Des outils comme jcmd peuvent aider à suivre l'utilisation de la mémoire native.

Le réglage JVM efficace nécessite une compréhension approfondie des caractéristiques de l'application et du fonctionnement interne du JVM. L'expérimentation et une surveillance minutieuse sont essentielles pour trouver la configuration optimale pour une application spécifique.

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