Java Virtual Machine（JVM）とは何ですか？それはどのように機能しますか？

Java Virtual Machine（JVM）とは何ですか？どのように機能しますか？

Java仮想マシンを理解する

Java仮想マシン（JVM）は、Javaプラットフォームの重要なコンポーネントです。物理的な機械ではありません。代わりに、Java Bytecodeを実行する仮想コンピューターのソフトウェア実装です。それを翻訳者および実行環境と考えてください。 JavaプログラマーはJavaでコードを書き込み、その後、プラットフォームに依存しない命令セットであるBytecodeにコンパイルされます。このバイトコードは、オペレーティングシステムによって直接理解されていません。このバイトコードを解釈して実行するのはJVMの仕事です。このバイトコードはプラットフォームに依存しています。つまり、同じ。クラスファイルが互換性のあるJVMを使用して任意のシステムで実行できます。検証（バイトコードの整合性の保証）やリンク（他のクラスへの参照の解決）などのタスクを実行します。多くのJVMは、Just-in-Time（JIT）コンピレーションも採用しています。ここでは、頻繁に実行されるバイトコードセクションが、より速い実行のためにネイティブマシンコードにコンパイルされます。これにより、純粋な解釈よりも大幅にパフォーマンスが向上します。

実行：解釈またはコンパイルされたマシンコードは、プログラムの出力によって実行されます。これにより、メモリの漏れが防止され、開発者のメモリ管理が簡素化されます。

本質的に、JVMはJavaコードと基礎となるオペレーティングシステムの間の仲介者として機能し、JVMの実装でJavaプログラムが任意のプラットフォームで実行できるようにします。 jvm

JVMは、アプリケーション開発にいくつかの説得力のある利点を提供します：

• プラットフォームの独立性（「一度書く、どこでも実行」）：これは間違いなく最も重要な利点です。 JVMは翻訳をプラットフォーム固有のマシンコードに処理しているため、Javaアプリケーションは、再コンパイルを必要とせずにJVM実装を使用して任意のシステムで実行できます。この携帯性は、多様な環境全体にアプリケーションを展開するために重要です。
• メモリ管理： JVMの自動ゴミコレクションは、マニュアルメモリ管理の負担から開発者を解放し、メモリリークのリスクを減らし、開発を簡素化します。これにより、開発者は低レベルのメモリの詳細ではなくアプリケーションロジックに焦点を合わせることができます。
• 堅牢性とセキュリティ： JVMには、バイトコード検証やアクセスコントロールなどのセキュリティ機能が組み込まれ、アプリケーションセキュリティを強化し、悪意のあるコード実行を防止します。その例外処理メカニズムは、予期しないエラーによるアプリケーションのクラッシュを防ぐのに役立ちます。
• 大規模なエコシステムとライブラリ： Javaは、ライブラリ、フレームワーク、ツールの広大なエコシステムを誇り、開発者に開発を容易に利用できるコンポーネントを提供します。この豊富なエコシステムは開発時間と労力を大幅に削減します。マルチコアプロセッサを活用するための同時および並列アプリケーション。ガベージコレクションは、主にヒープに焦点を当てています。
• メソッド領域：クラスメタデータ、メソッドコード、および静的変数を保存します。各スレッドには独自のスタックがあります。
• PCレジスタ：各スレッドには、現在実行中の命令を指すプログラムカウンターがあります。アプリケーションが到達できなくなったオブジェクトで占められているメモリを回収するJVMの自動プロセス。それぞれが独自のトレードオフを備えたさまざまなガベージコレクションアルゴリズムが存在します：
  マークとスイープ：到達不可能なオブジェクト（プログラムのアクティブな部分によって参照されていないもの）を識別し、コピーを獲得します：ライブオブジェクトは1つのスペースにコピーされ、もう1つのスペースが再生されます。
• マークとコンパクト：マークとスイープに似ていますが、残りのオブジェクトを識別して再生した後、メモリフラグメンテーションを減らすためにコンパクトになります。オブジェクトは、年齢と生存時間に基づいて、ある世代から次の世代へと宣伝されます。これにより、頻繁に収集される若いオブジェクトに焦点を当てることにより、ゴミコレクションが最適化されます。

ゴミコレクターの選択は、アプリケーションのパフォーマンスに大きな影響を与えます。ゴミコレクターの調整は、アプリケーションの応答性とスループットを最適化するためにしばしば重要です。

アプリケーションのパフォーマンスを改善するための一般的なJVMチューニング手法は何ですか？一般的な手法には、次のものが含まれます。

• 適切なゴミコレクターを選択する：さまざまなガベージコレクター（例えば、シリアル、パラレル、CMS、G1、ZGCなど）は異なるパフォーマンス特性を持っています。アプリケーションのニーズに基づいて適切なガベージコレクターを選択することが重要です。たとえば、G1GCは多くの場合、大きなヒープを持つアプリケーションに適しています。ヒープが小さすぎると頻繁なゴミコレクションにつながる可能性がありますが、ヒープが大きすぎるとメモリの消費が過剰になります。これらのオプションを調整する（例えば、階層型のコンパイルを有効にする）ことでパフォーマンスを向上させることができます。
• 監視とプロファイリング： jconsole、visualvm、または商用プロファイラーなどのツールを使用して、JVMメトリックを監視します（例えば、ガベージコレクション、メモリ使用量、CPU使用量など）、パフォーマンスのボットレネセクスの特定に役立ちます。プロファイリングツールは、過度のリソースを消費する特定のコードセクションを特定するのに役立ちます。プロファイリング結果に基づいてこれらの引数を慎重に選択すると、パフォーマンスが大幅に向上します。
• ネイティブメモリトラッキング：ネイティブメモリ使用（JVM自体とネイティブライブラリが使用するメモリ）の理解と管理は、特に広範なネイティブコードの相互作用を持つアプリケーションにとって重要です。 jcmd のようなツールは、ネイティブメモリの使用量を追跡するのに役立ちます。

効果的なJVMチューニングには、アプリケーションの特性とJVMの内部ワーキングを深く理解する必要があります。実験と慎重な監視は、特定のアプリケーションの最適な構成を見つけるための鍵です。

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