本文和大家一起學(xué)習(xí)一下JVM技術(shù)，JVM的意思是Java虛擬機(jī)，Java虛擬機(jī)（JavaVirtualMachine)簡(jiǎn)稱JVMJava虛擬機(jī)是一個(gè)想象中的機(jī)器,在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn)。

1Java技術(shù)與Java虛擬機(jī)

說起Java，人們首先想到的是Java編程語言，然而事實(shí)上，Java是一種技術(shù)，它由四方面組成：Java編程語言、Java類文件格式、Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口（JavaAPI）。它們的關(guān)系如下圖所示：

圖1Java四個(gè)方面的關(guān)系

運(yùn)行期環(huán)境代表著Java平臺(tái)，開發(fā)人員編寫Java代碼（.java文件），然后將之編譯成字節(jié)碼（.class文件）。最后字節(jié)碼被裝入內(nèi)存，一旦字節(jié)碼進(jìn)入虛擬機(jī)，它就會(huì)被解釋器解釋執(zhí)行，或者是被即時(shí)代碼發(fā)生器有選擇的轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼執(zhí)行。從上圖也可以看出Java平臺(tái)由Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口搭建，Java語言則是進(jìn)入這個(gè)平臺(tái)的通道，用Java語言編寫并編譯的程序可以運(yùn)行在這個(gè)平臺(tái)上。這個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

在Java平臺(tái)的結(jié)構(gòu)中，可以看出，Java虛擬機(jī)（JVM）處在核心的位置，是程序與底層操作系統(tǒng)和硬件無關(guān)的關(guān)鍵。它的下方是移植接口，移植接口由兩部分組成：適配器和Java操作系統(tǒng)，其中依賴于平臺(tái)的部分稱為適配器；JVM通過移植接口在具體的平臺(tái)和操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)；在JVM的上方是Java的基本類庫和擴(kuò)展類庫以及它們的API，利用JavaAPI編寫的應(yīng)用程序（application）和小程序（Javaapplet）可以在任何Java平臺(tái)上運(yùn)行而無需考慮底層平臺(tái)，就是因?yàn)橛蠮ava虛擬機(jī)（JVM）實(shí)現(xiàn)了程序與操作系統(tǒng)的分離，從而實(shí)現(xiàn)了Java的平臺(tái)無關(guān)性。

◆那么到底什么是Java虛擬機(jī)（JVM）呢？通常我們談?wù)揓VM時(shí)，我們的意思可能是：

對(duì)JVM規(guī)范的的比較抽象的說明；

對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)；

在程序運(yùn)行期間所生成的一個(gè)JVM實(shí)例。

對(duì)JVM規(guī)范的的抽象說明是一些概念的集合，它們已經(jīng)在書《TheJavaVirtualMachineSpecification》（《Java虛擬機(jī)規(guī)范》）中被詳細(xì)地描述了；對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)要么是軟件，要么是軟件和硬件的組合，它已經(jīng)被許多生產(chǎn)廠商所實(shí)現(xiàn)，并存在于多種平臺(tái)之上；運(yùn)行Java程序的任務(wù)由JVM的運(yùn)行期實(shí)例單個(gè)承擔(dān)。在本文中我們所討論的Java虛擬機(jī)（JVM）主要針對(duì)第三種情況而言。它可以被看成一個(gè)想象中的機(jī)器，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn)，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有自己相應(yīng)的指令系統(tǒng)。

JVM在它的生存周期中有一個(gè)明確的任務(wù)，那就是運(yùn)行Java程序，因此當(dāng)Java程序啟動(dòng)的時(shí)候，就產(chǎn)生JVM的一個(gè)實(shí)例；當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束的時(shí)候，該實(shí)例也跟著消失了。下面我們從JVM的體系結(jié)構(gòu)和它的運(yùn)行過程這兩個(gè)方面來對(duì)它進(jìn)行比較深入的研究。#p#

2Java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

剛才已經(jīng)提到，JVM可以由不同的廠商來實(shí)現(xiàn)。由于廠商的不同必然導(dǎo)致JVM在實(shí)現(xiàn)上的一些不同，然而JVM還是可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的特性，這就要?dú)w功于設(shè)計(jì)JVM時(shí)的體系結(jié)構(gòu)了。

我們知道，一個(gè)JVM實(shí)例的行為不光是它自己的事，還涉及到它的子系統(tǒng)、存儲(chǔ)區(qū)域、數(shù)據(jù)類型和指令這些部分，它們描述了JVM的一個(gè)抽象的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，其目的不光規(guī)定實(shí)現(xiàn)JVM時(shí)它內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，更重要的是提供了一種方式，用于嚴(yán)格定義實(shí)現(xiàn)時(shí)的外部行為。每個(gè)JVM都有兩種機(jī)制，一個(gè)是裝載具有合適名稱的類（類或是接口），叫做類裝載子系統(tǒng)；另外的一個(gè)負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在已裝載的類或接口中的指令，叫做運(yùn)行引擎。每個(gè)JVM又包括方法區(qū)、堆、Java棧、程序計(jì)數(shù)器和本地方法棧這五個(gè)部分，這幾個(gè)部分和類裝載機(jī)制與運(yùn)行引擎機(jī)制一起組成的體系結(jié)構(gòu)圖為：

JVM的每個(gè)實(shí)例都有一個(gè)它自己的方法域和一個(gè)堆，運(yùn)行于JVM內(nèi)的所有的線程都共享這些區(qū)域；當(dāng)虛擬機(jī)裝載類文件的時(shí)候，它解析其中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)所包含的類信息，并把它們放到方法域中；當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，JVM把程序初始化的所有對(duì)象置于堆上；而每個(gè)線程創(chuàng)建的時(shí)候，都會(huì)擁有自己的程序計(jì)數(shù)器和Java棧，其中程序計(jì)數(shù)器中的值指向下一條即將被執(zhí)行的指令，線程的Java棧則存儲(chǔ)為該線程調(diào)用Java方法的狀態(tài)；本地方法調(diào)用的狀態(tài)被存儲(chǔ)在本地方法棧，該方法棧依賴于具體的實(shí)現(xiàn)。#p#

3.Java虛擬機(jī)的運(yùn)行過程

上面對(duì)虛擬機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行了比較詳細(xì)的說明，下面通過一個(gè)具體的例子來分析它的運(yùn)行過程。

虛擬機(jī)通過調(diào)用某個(gè)指定類的方法main啟動(dòng)，傳遞給main一個(gè)字符串?dāng)?shù)組參數(shù)，使指定的類被裝載，同時(shí)鏈接該類所使用的其它的類型，并且初始化它們。例如對(duì)于程序：

classHelloApp  
{  
publicstaticvoidmain（String［］args）  
{  
System.out.println（“HelloWorld！”）;  
 
for（inti=0;i《args.length;i++）  
{  
System.out.println（args［i］）;  
}  
}  
}  
 

編譯后在命令行模式下鍵入：javaHelloApprunvirtualmachine

將通過調(diào)用HelloApp的方法main來啟動(dòng)java虛擬機(jī)，傳遞給main一個(gè)包含三個(gè)字符串“run”、“virtual”、“machine”的數(shù)組?，F(xiàn)在我們略述虛擬機(jī)在執(zhí)行HelloApp時(shí)可能采取的步驟。

開始試圖執(zhí)行類HelloApp的main方法，發(fā)現(xiàn)該類并沒有被裝載，也就是說虛擬機(jī)當(dāng)前不包含該類的二進(jìn)制代表，于是虛擬機(jī)使用ClassLoader試圖尋找這樣的二進(jìn)制代表。如果這個(gè)進(jìn)程失敗，則拋出一個(gè)異常。類被裝載后同時(shí)在main方法被調(diào)用之前，必須對(duì)類HelloApp與其它類型進(jìn)行鏈接然后初始化。鏈接包含三個(gè)階段：檢驗(yàn)，準(zhǔn)備和解析。檢驗(yàn)檢查被裝載的主類的符號(hào)和語義，準(zhǔn)備則創(chuàng)建類或接口的靜態(tài)域以及把這些域初始化為標(biāo)準(zhǔn)的默認(rèn)值，解析負(fù)責(zé)檢查主類對(duì)其它類或接口的符號(hào)引用，在這一步它是可選的。類的初始化是對(duì)類中聲明的靜態(tài)初始化函數(shù)和靜態(tài)域的初始化構(gòu)造方法的執(zhí)行。一個(gè)類在初始化之前它的父類必須被初始化。整個(gè)過程如下：

4結(jié)束語

本文通過對(duì)JVM的體系結(jié)構(gòu)的深入研究以及一個(gè)Java程序執(zhí)行時(shí)虛擬機(jī)的運(yùn)行過程的詳細(xì)分析，意在剖析清楚Java虛擬機(jī)的機(jī)理。

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