Java Virtual Machine dan Fungsinya

Java Virtual Machine (JVM) bertindak sebagai runtime engine untuk menjalankan aplikasi Java. JVM adalah perangkat yang memanggil main method dalam program Java. JVM adalah bagian dari Java Runtime Environment (JRE).

Sebelum mempelajari materi tentang Java Virtual Machine dan Fungsinya, terlebih dahulu pelajari materi tentang: Cara Membangun Lingkungan Pengembangan Java, Membuat Program Hello World Java, dan Sistem Penamaan Bahasa Pemrograman Java.

Aplikasi Java disebut juga dengan WORA (Write Once Run Anywhere). Artinya, aplikasi Java hanya perlu dikembangkan sekali pada sistem dan dapat dijalankan pada sistem Java yang lain tanpa harus melakuan pengaturan ulang tertentu pada perangkat tersebut. Kemampuan Java untuk bisa berjalan diberbagai sistem ini adalah karena kemampuan dari JVM.

Ketika Java file dikompilasi, maka class files yang mengandung bytecode akan menghasilkan  file yang sama dengan nama class pada .java file oleh kompilator. Pada tahap kompilasi ini .class file akan mengalami beberapa tahapan proses ketika dijalankan. Beberapa proses tersebut diperlihatkan pada gambar 1. Tujuan Penggunaan Bytecode pada Java adalah Java menjadi platform yang independen dan aman (David J. 2014).

Class Loader Subsystem, bertanggung jawab terhadap tiga aktifitas, yaitu: loading, linking, dan initialization (inisialisasi).

Loading:

Class Loader membaca file .class, kemudian menghasilkan data biner dan menyimpannya sesuai dengan area method. Untuk setiap file .class, JVM menyimpan beberapa informasi pada area method yang terdiri dari beberapa hal berikut, yaitu:

• Nama kualifikasi penuh dari class loading dan class parent terdekatnya.
• .class file tersebut terhubung dengan Class, Interface, atau Enum.
• Modifier, Variabel, Method, dan lain sebagainya.

Ketika JVM telah melakukan loading .class file, selanjutnya JVM menciptakan class tipe untuk menampilkan file tersebut ke dalam memori heap. Perlu diingat bahwa objek dari tipe class yang dimaksud adalah predefinisi dari java.lang pada package. Objek class dapat digunakan oleh programmer untuk mendapatkan informasi class level seperti nama class, nama parent, method, variabel, dan lain sebagainya. Untuk mendapatkan informasi dari class tersebut maka digunakan perintah getClass() method dari objek class.

Contoh:

/* Program java memperlihatkan class tipe bekerja diciptakan oleh JVM .class file untuk ditampilkan pada objek memori */

import java.lang.reflect.Field;

import java.lang.reflect.Method;

 

/* Kode Java menampilkan fungsi class objek melalui JVM */

/* nama class dibuat sesuai nama file program atau project */

public class JavaApplication4

{

 

public static void main(String[] args)

{

/* ciptakan class baru dengan nama s1 dengan tipe data Student oleh JVM Student adalah class dengan tipe data class */

Student s1 = new Student();

 

/* Ciptakan class baru dengan nama c1 yang nilainya ditransfer dari class s1 */

Class c1 = s1.getClass();

 

/* cetak objek bertipe teks dan tampilkan pada layar monitor yang datanya diambil dari objek class c1.getName() */

System.out.println(c1.getName());

 

/* ciptakan method array baru dengan nama m [] bertipe data method yang nilainya diambil dari class c1 */

Method m[] = c1.getDeclaredMethods();

for (Method method : m)

System.out.println(method.getName());

 

/* mendapatkan nilai f[] dengan tipe data field dari class c1 */

Field f[] = c1.getDeclaredFields();

for (Field field : f)

System.out.println(field.getName());

}

 

}

 

/* Contoh class yang dibuat dengan nama Student dan tipe data class yang akan digunakan pada main method diatas */

class Student

{

private String name;

private int roll_No;

 

public String getName() { return name;

}

public void setName(String name) { this.name = name; }

public int getRoll_no() { return roll_No; }

public void setRoll_no(int roll_no)

{

this.roll_No = roll_no;

}

 

}

Output:

Student

getName

setName

getRoll_no

setRoll_no

name

roll_No

Catatan: class objek hanya tercipta satu kali setiap class file melakukan loading.

Student s2 = new Student();

// c2 akan menuju ke object yang sama dimana c1 dituju 

Class c2 = s2.getClass();

System.out.println(c1==c2); // true

Baca Juga:

• Membuat JVM Stack Area Java dan Fungsinya
• Membuat JVM Shutdown Hook Java dan Fungsinya
• Java Class File dan Fungsinya
• Perbedaan JDK JRE dan JVM Java dan Fungsinya

Linking:

Terdiri dari tiga tahap yaitu: verifikasi, persiapan, dan resolution (optional).

• Verifikasi adalah memastikan .class file sudah diperiksa secara benar atau belum, dan apakah file tersebut sudah di format dan dihasilkan dengan benar oleh kompilator. Jika proses verifikasi gagal, maka runtime exception akan menjalankan java.lang.VerifyError.
• Persiapan atau preparation adalah proses dimana JVM mengalokasikan memori untuk variabel class dan menginisialisasi memori ke dalam nilai default.
• Resolution adalah proses penggantian referensi simbol dari ketikkan ke referensi langsung. Proses resolusi dilakukan dengan cara mencari ke area method untuk menemukan referensi entitas.

Initialization:

Pada tahapan dilakukan inisialisasi semua variabel static yang ditugaskan sesuai dengan nilai yang telah terdefinisi pada kode program dan static block (jika ada). Proses tersebut dijalankan mulai dari tahap paling atas ke bawah (top-bottom) dan dari parent ke child dalam class hirarki.

• Bootstrap class loader: Setiap implementasi JVM memiliki bootstrap class loader yang mampu melakukan loading ke class yang terpercaya. JVM melakukan loading ke pusat class Java API yang ditampilkan dalam direktori JAVA_HOME/jre/lib. Jalur ini lebih populer dengan sebutan jalur bootstrap.
• Extension class loader: merupakan turunan (child) dari bootstrap class loader. Extention class loader menampilkan direktori ekstensi JAVA_HOME/jre/lib/ext (jalur ekstensi) atau direktori spesifik lainnya dari jalur class aplikasi (application class path). Application class loader digunakan secara internal pada variabel lingkungan yang dipetakan ke java.class.path. Application class loader juga diimplementasikan dalam Java oleh class sun.misc.Launcher$AppClassLoader.

Contoh:

/* Kode Java menampilkan Class Loader subsystem */

public class PercobaanJVM

{

 

public static void main(String[] args)

{

/* loading class string oleh bootstrap loader, dan bootstrap loader bukanlah objek Java, oleh karena ini bernilai null */

System.out.println(String.class.getClassLoader());

 

/* Loading JavaApplication4 oleh aplikasi loader */

System.out.println(JavaApplication4.class.getClassLoader());

}

 

} 

Output:

null

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93

Catatan: JVM mengikuti aturan hirarki perwakilan dalam melakukan loading class. System class loader mewakilkan loading request menuju extention class loader dan extension class loader mewakilkan request-nya ke bootstrap class loader. Jika ditemukan jalur class pada bootstrap, maka class akan di-loading ketika tidak ada request transfer lain ke extension class loader, dan kemudian akan menuju ke system class loader. Terakhir, jika class loader gagal melakukan loading class, maka akan didapati runtime exception java.lang.ClassNotFoundException. 

JVM Memori:

• Method area: mengandung semua level informasi class seperti class name, parent terdekat dari class name, informasi method dan variabel, dan lain sebagainya. Hanya terdapat satu area method pada setiap JVM dan method tersebut merupakan shared resource.
• Heap area: Semua informasi objek disediakan di heap area. Hanya terdapat satu heap area pada setiap JVM yang juga merupakan shared resource.
• Stack area: JVM menciptakan satu runtime stack yang disediakan untuk setiap thread. Setiap block pada setiap stack disebut sebagai activation record atau stack frame yang menyediakan method calls. Semua variabel lokal dari setiap method tersebut disediakan pada frame yang sesuai. Setelah thread dimatikan (terminate), maka runtime stack-nya pun akan dimatikan oleh JVM dan bukan merupakan bagian dari shared resource.
• PC registers: adalah alamat penyedia dari instruksi eksekusi sebelumnya dari thread. Pada dasarnya, setiap thread terpisah dari PC registers.
• Native method stacks: untuk setiap thread diciptakan stack native secara terpisah yang menyediakan informasi native method.

Execution Engine

Execution engine melakukan eksekusi atau menjalankan .class (bytecode) dengan cara membaca kode baris per baris, menggunakan data, dan menampilkan informasi dari berbagai area memori, dan perintah eksekusi. Hal tersebut dapat dibagi kedalam tiga bagian yaitu:

• Interpreter: Interpreter berfungsi untuk menginterpretasikan tiap-tiap baris bytecode dan kemudian mengeksekusinya atau menjalankannya. Kekurangan dari interpreter adalah pada saat suatu fungsi dipanggil secara berulang maka interpreter pun akan dipanggil secara berulang pula.
• Just-in-Time Compiler (JIT): JIT digunakan untuk meningkatkan efisiensi dari interpreter. JIT melakukan kompilasi terhadap seluruh bytecode dan mengubahnya menjadi native code dimanapun interpreter melihat pemanggilan method secara terpisah, maka JIT menyediakan native code untuk bagian tersebut sehingga tidak diperlukan interpretasi secara berulang.
• Garbage Collector: Garbage Collector berfungsi untuk menghancurkan objek yang tidak berfungsi.

Java Native Interface (JNI)

JNI adalah intarmuka (interface) yang berinteraksi dengan Native Method Libraries dan menyediakan native libraries (C/C++) untuk proses eksekusi. JNI memungkinkan JVM untuk memanggil C/C++ libraries dan sebaliknya untuk dipanggil oleh C/C++ untuk kebutuhan khusus pada hardware.

Native Method Libraries

Native method libraries adalah kumpulan dari Native Libraries (C dam C++) yang dibutuhkan oleh Execution Engine.

Referensi Tambahan:

• Cara Menciptakan Objek Java dari Main Class
• Cara Mengeksekusi Platform Independent Java
• Menghubungkan Database Java Menggunakan JDBC
• Menjalankan Program Java Tanpa Method Main
• Nama Kelas File Java dan Fungsinya
• Cara Menjalankan Class File Java pada Direktori
• Keunggulan Microservices Java dan Fungsinya

Artikel ini didedikasikan kepada: Restina Ratnadila, Rizka Meiladinitta, Salsabila Qurratu 'Ain Nailah Afuwwu, Sindy Nilasari Putri Wardani, dan Ulfa Laela Rahmadon.

Location: Semarang, Kota Semarang, Jawa Tengah, Indonesia

Berbagi :