詳細(xì)介紹JVM結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
JVM執(zhí)行的對象就是大家非常熟悉的class文件，我們也稱為類文件，JVM規(guī)范定義的這個編譯完成的代碼文件(雖然并非強制要求是實際的文件)的格式非常的詳實，但是我們這里只說一些宏觀的內(nèi)容，以后有機會再研究細(xì)節(jié)的內(nèi)容吧。JVM要求的類文件的格式是和硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)的一種二進(jìn)制格式，它精確定義了類或者接口的表示，它甚至包含了字節(jié)順序這樣的細(xì)節(jié)，而字節(jié)順序在特定平臺的目標(biāo)文件格式中一般都是固定的，不會進(jìn)行說明。
JVM所支持的數(shù)據(jù)類型和Java語言規(guī)范中定義的幾乎一樣，請注意是幾乎一樣！也就是原始類型和引用類型，他們可以被存儲在變量表中，也可以作為參數(shù)傳遞、被方法返回，更通常的就是成為操作的對象。為什么和Java語言規(guī)范中定義的不完全一樣呢？因為JVM中有一種Java語言所沒有的原始類型：返回地址類型(returnAddress type)。該類型是jsr, ret以及jsr_w指令需要使用到的，它的值是JVM指令的操作碼的指針，并且它的值是不能被運行中的程序所修改的。
另外需要提到的就是布爾類型的值，雖然在Java語言中它是完全獨立的值，但是在JVM中只提供了對它的有限支持，表現(xiàn)在：
沒有單獨的操作布爾類型的指令，源代碼中的布爾類型的操作在編譯以后是作為int類型的值進(jìn)行操作的。
JVM直接支持布爾數(shù)組，newarray指令可以創(chuàng)建布爾數(shù)組，而它的訪問和修改操作卻是使用byte類型的數(shù)組的操作指令進(jìn)行的：baload,bastore。(在JDK1.0，1,1以及1.2中，布爾數(shù)組被編碼為byte數(shù)組，每個元素是8位)
JVM用1代表true，用0代表false，編譯器將源代碼中的布爾類型映射為JVM中的int類型，而且必須和JVM的要求一致。
另外JVM規(guī)范中對于浮點類型的數(shù)據(jù)有大段的說明，我沒有怎么看，主要是討論JVM的浮點型和IEEE 754的關(guān)系的。
關(guān)于類型的另外一個需要提一下的是類型檢查。JVM期望幾乎所有的類型檢查已經(jīng)在運行之前完成了(通常是由編譯器進(jìn)行檢查的)而不用JVM自己來檢查。原始類型的值不需要被標(biāo)記或者在運行時被檢查以確定他們的類型，同樣他們也不用和引用類型的值進(jìn)行區(qū)分，區(qū)分工作是由JVM的指令集來完成的，JVM的指令集使用不同指令來區(qū)分它要操作的值的類型，例如iadd, ladd, fadd以及dadd是用于將兩個數(shù)字相加并產(chǎn)生數(shù)字類型結(jié)果的所有JVM指令，但是每個指令都是針對特定類型的，分別對應(yīng)int, long, float以及double。
JVM包含對對象的顯式支持。類是動態(tài)分配的類實例或者是一個數(shù)組，JVM中的引用類型就是對一個對象的引用，引用類型的值可以想象為對象的指針，一個對象同時可能存在多個對它的引用，對象總是通過引用被操作、傳遞或者測試的。
對于引用類型，需要提及的一點就是關(guān)于null，它最初是沒有運行時類型的，但是它可以被轉(zhuǎn)換為任何類型，而且對于null，JVM并沒有要求任何具體的值與之對應(yīng)。
說完上面這些，我們就開始進(jìn)入我學(xué)習(xí)JVM時最想了解的部分了，大家可要打起精神哦。
JVM為運行一個程序定義了幾種數(shù)據(jù)區(qū)(Data Area)，包括：pc寄存器、JVM堆棧、堆、方法區(qū)(Method Area)、運行時常量池(Runtime Constant Pool)以及本機方法堆棧(Native Method Stacks)，這些數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)其生存期可以分為兩種，一種就是和JVM的生存期相同(包括堆和方法區(qū))，一種和線程的生存期相同(其它的)，和JVM生存期相同的數(shù)據(jù)區(qū)在JVM啟動的時候被創(chuàng)建并在JVM退出的時候被銷毀，而和線程生存期相同的數(shù)據(jù)區(qū)是每個線程一個的，他們在線程創(chuàng)建的時候被創(chuàng)建，在線程被銷毀的時候被銷毀。
由于JVM可以同時支持運行多個線程，因此每個線程必然需要各自的PC(program counter)寄存器，無論從什么角度講，每個JVM線程只能在一個時間只能執(zhí)行一個方法，該方法也就是線程的當(dāng)前方法，如果該方法不是本機方法，那么PC寄存器保存的就是當(dāng)前指令(JVM的指令)的地址，如果是當(dāng)前方法是本機方法，PC寄存器的值就沒有被定義。JVM的PC寄存器的大小足夠大，可以容納一個returnAddress類型或者特定平臺的本機指針。
每個JVM線程還擁有一個私有的JVM堆棧，它存儲幀(下一篇文章會講到)。JVM堆棧和像C這樣的傳統(tǒng)編程語言中的堆棧是類似的，它保存局部變量和部分結(jié)果，并且在方法調(diào)用和返回中也擔(dān)任一些職責(zé)。因為除了對幀的壓入和彈出操作外，對JVM堆棧不能直接進(jìn)行操作，因此幀可能是在堆上分配的。如果一個線程中計算所需的JVM堆棧大于允許的大小，JVM會拋出StackOverflowError錯誤，如果JVM堆棧是可以動態(tài)伸縮的，如果需要擴展，但是又沒有足夠的內(nèi)存可用或者沒有足夠的內(nèi)存為一個新線程創(chuàng)建JVM堆棧，JVM會拋出OutOfMemoryError錯誤。
JVM只有一個為所有線程所共享的堆，所有的類實例和數(shù)組都是在堆中創(chuàng)建的。堆所存儲的對象被一個自動存儲管理系統(tǒng)回收(也就是我們所熟知的垃圾收集器(gc))。對象不能被顯式的釋放，JVM假設(shè)沒有特定類型的自動存儲管理系統(tǒng)，存儲管理技術(shù)可以根據(jù)實現(xiàn)者的系統(tǒng)需求進(jìn)行選擇。如果計算所需的內(nèi)存堆大于自動存儲管理系統(tǒng)可以使用的大小，JVM會拋出OutOfMemoryError錯誤。
JVM只有一個為所有的線程所共享的方法區(qū)，方法區(qū)類似傳統(tǒng)語言的已編譯代碼的存儲區(qū)或者UNIX進(jìn)程的“文本”段。它存儲類結(jié)構(gòu)，例如運行時常量池，成員和方法數(shù)據(jù)以及方法、構(gòu)造方法的代碼(包括用于類和實例的初始化以及接口類型初始化的特定方法(這些特定方法以后會講到))。雖然從邏輯上講方法區(qū)是堆的一部分，但是JVM的簡單實現(xiàn)可以選擇不對方法區(qū)進(jìn)行垃圾收集或者壓縮(以筆者的理解就是類不能進(jìn)行卸載)。***版本(第二版)的JVM規(guī)范沒有要求方法區(qū)的位置或者管理已編譯代碼的策略。如果方法區(qū)的內(nèi)存不能滿足一個分配請求，JVM會拋出OutOfMemoryError。
運行時常量池是類文件中的常量池表的運行時表示,它包含幾種常量，范圍從編譯時就已知的數(shù)字常量到運行時必須進(jìn)行解析的方法和成員引用。運行時常量池扮演的功能類似于傳統(tǒng)編程語言中的符號表(symbol table)，但是它所包含的數(shù)據(jù)比典型的符號表更多。
每個運行時常量池時從JVM的方法區(qū)中分配的，對于特定方法或者接口的運行時常量池是JVM在創(chuàng)建類或者接口的時候創(chuàng)建的。
當(dāng)創(chuàng)建一個類或者接口時，如果創(chuàng)建運行時常量池需要的內(nèi)存比方法區(qū)中的可用內(nèi)容更多的內(nèi)存，JVM會拋出OutOfMemoryError。
關(guān)于常量池創(chuàng)建的更多內(nèi)容以后可能會更詳細(xì)的講解。
JVM的實現(xiàn)可能使用傳統(tǒng)的堆棧(更通常的講就是C棧)以支持本機方法(不是使用JAVA語言編寫的方法)，本機方法堆棧也可以用于在像C語言這樣的語言中為JVM指令集實現(xiàn)解析器，對于不能加載本機方法以及自身不依賴傳統(tǒng)堆棧的JVM實現(xiàn)而言，它可以不提供本機方法堆棧，如果提供，本機方法堆棧通常在線程創(chuàng)建的時候為每個線程分配(以筆者的理解應(yīng)該是需要使用本機方法的線程)。如果線程計算所需的內(nèi)存比本機方法堆棧所允許的大，JVM會拋出StackOverflowError錯誤，如果本機方法堆棧可以動態(tài)伸縮，而當(dāng)需要擴展的時候又沒有足夠的內(nèi)存時，或者沒有足夠的內(nèi)容用于創(chuàng)建一個本機方法堆棧，JVM會拋出OutOfMemoryError。
對于上面的這些數(shù)據(jù)區(qū)，JVM規(guī)范允許它們的大小是固定尺寸的，也可以是根據(jù)計算的需要動態(tài)伸縮的，如果是固定尺寸的，其尺寸可以在創(chuàng)建時自主選擇。JVM的實現(xiàn)可以給程序員或者用戶提供控制JVM堆棧的初始大小的方法，同樣，在動態(tài)伸縮的情況下可以控制***大小和最小大小，并且它們所使用的內(nèi)存空間可以不是連續(xù)的。
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