Laufzeitstruktur

Laufzeitstruktur bezeichnet die Gesamtheit der Bausteine, die während der Ausführung eines Programms aktiv sind, sowie deren Wechselwirkungen. Sie geht über den reinen Quellcode oder Compile-Time-Struktur hinaus und beschreibt, wie Code, Daten und Ressourcen im Speicher angeordnet und vom System verwaltet werden. Die Laufzeitstruktur wird maßgeblich von der Laufzeitumgebung geprägt, also vom Interpreter bzw. Virtuellen Maschine, Just-In-Time-Compiler, Speicherverwaltungsmechanismen und von dynamischen Bibliotheken.

Zu den zentralen Bestandteilen gehören der Ausführungskontext (CPU, Betriebssystem, Threading-Modell, Scheduling); die Laufzeitsysteme (VM/Interpreter, JIT, Garbage Collector); das Speichermodell (Stack, Heap, globaler Speicher, Metadaten, Root-Verwaltung); dynamisches Laden und Verknüpfen (Modul- oder Klassloader, dynamische Bibliotheken); Bibliotheken und Frameworks; sowie Eingaben/Ausgaben und Systemressourcen (Dateien, Netzwerk, Datenbanken).

Verhalten: Die Laufzeitstruktur bestimmt Aufrufmechanismen, Speicherverwaltung, Fehlerbehandlung, Parallelität, Speicherbedarf sowie Profilierungsmöglichkeiten. Unterschiede in Laufzeitumgebungen führen zu abweichendem Verhalten, weshalb Portabilität, Sicherheit und Leistungscharakteristika maßgeblich von der konkreten Laufzeit abhängen.

Beispiele: In Java besteht die Laufzeitstruktur aus der JVM, dem Bytecode, dem Klassenlader und dem Garbage Collector; .NET nutzt die CLR mit Just-In-Time-Kompilierung und Garbage Collection; Python verwendet einen Interpreter, der Bytecode ausführt; JavaScript-Laufzeiten in Browsern oder Node.js führen ebenfalls Laufzeitumgebungen mit JIT und Event-Loop.

Bedeutung: Die Laufzeitstruktur beeinflusst Portabilität, Wartbarkeit und Sicherheit von Software, da Unterschiede in Laufzeitumgebungen zu Verhalten abweichend sein können; sie bestimmt auch Leistung, Skalierbarkeit, Fehlersuche und Profilierungsmöglichkeiten.