Java虛擬機深入研究

2019-11-18 11:02:45

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java技術與Java虛擬機

　　說起Java，人們首先想到的是Java編程語言，然而事實上，Java是一種技術，它由四方面組成：Java編程語言、Java類文件格式、Java虛擬機和Java應用程序接口(Java API)。它們的關系如下圖所示：

圖1 Java四個方面的關系

　　運行期環境代表著Java平臺，開發人員編寫Java代碼(.java文件)，然后將之編譯成字節碼(.class文件)。最后字節碼被裝入內存，一旦字節碼進入虛擬機，它就會被解釋器解釋執行，或者是被即時代碼發生器有選擇的轉換成機器碼執行。從上圖也可以看出Java平臺由Java虛擬機和Java應用程序接口搭建，Java語言則是進入這個平臺的通道，用Java語言編寫并編譯的程序可以運行在這個平臺上。這個平臺的結構如下圖所示：

(點擊查看原圖)

　　在Java平臺的結構中, 可以看出，Java虛擬機(JVM) 處在核心的位置，是程序與底層操作系統和硬件無關的要害。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, 其中依靠于平臺的部分稱為適配器；JVM 通過移植接口在具體的平臺和操作系統上實現；在JVM 的上方是Java的基本類庫和擴展類庫以及它們的API，利用Java API編寫的應用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平臺上運行而無需考慮底層平臺, 就是因為有Java虛擬機(JVM)實現了程序與操作系統的分離，從而實現了Java 的平臺無關性。

　　那么到底什么是Java虛擬機(JVM)呢？通常我們談論JVM時，我們的意思可能是：

　　對JVM規范的的比較抽象的說明；
　　對JVM的具體實現；
　　在程序運行期間所生成的一個JVM實例。

　　對JVM規范的的抽象說明是一些概念的集合，它們已經在書《The Java Virtual Machine Specification》（《Java虛擬機規范》）中被具體地描述了；對JVM的具體實現要么是軟件，要么是軟件和硬件的組合，它已經被許多生產廠商所實現，并存在于多種平臺之上；運行Java程序的任務由JVM的運行期實例單個承擔。在本文中我們所討論的Java虛擬機(JVM)主要針對第三種情況而言。它可以被看成一個想象中的機器，在實際的計算機上通過軟件模擬來實現，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有自己相應的指令系統。

　　JVM在它的生存周期中有一個明確的任務，那就是運行Java程序，因此當Java程序啟動的時候，就產生JVM的一個實例；當程序運行結束的時候，該實例也跟著消失了。下面我們從JVM的體系結構和它的運行過程這兩個方面來對它進行比較深入的研究。三層交換技術交換機與路由器密碼恢復交換機的選購路由器設置專題路由故障處理手冊數字化校園網解決方案

Java虛擬機的體系結構

　　剛才已經提到，JVM可以由不同的廠商來實現。由于廠商的不同必然導致JVM在實現上的一些不同，然而JVM還是可以實現跨平臺的特性，這就要歸功于設計JVM時的體系結構了。

　　我們知道，一個JVM實例的行為不光是它自己的事，還涉及到它的子系統、存儲區域、數據類型和指令這些部分，它們描述了JVM的一個抽象的內部體系結構，其目的不光規定實現JVM時它內部的體系結構，更重要的是提供了一種方式，用于嚴格定義實現時的外部行為。每個JVM都有兩種機制，一個是裝載具有合適名稱的類(類或是接口)，叫做類裝載子系統；另外的一個負責執行包含在已裝載的類或接口中的指令，叫做運行引擎。每個JVM又包括方法區、堆、Java棧、程序計數器和本地方法棧這五個部分，這幾個部分和類裝載機制與運行引擎機制一起組成的體系結構圖為：

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