Java虛擬機包括一套字節碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收堆和一個存儲方法域。JVM是為Java字節碼定義的一種獨立于具體平臺的規格描述，是Java平臺獨立性的基礎。

對于字節碼指令集不感興趣，直接看寄存器。

JVM設置了4個最為常用的寄存器。它們是：

pc程序計數器

optop操作數棧頂指針

frame當前執行環境指針

vars指向當前執行環境中第一個局部變量的指針

所有寄存器均為32位。pc用于記錄程序的執行。optop，frame和vars用于記錄指向Java棧區的指針。

至于為什么只設置4個寄存器，是出于這樣的考量：如果虛擬機定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對棧或內存進行訪問，這有利于提高運行速度。然而，如果虛擬機中的寄存器比實際CPU的寄存器多，在實現虛擬機時就會占用處理器大量的時間來用常規存儲器模擬寄存器，這反而會降低虛擬機的效率。

接著看JVM棧結構

Java棧是JVM存儲信息的主要方法。當JVM得到一個Java字節碼應用程序(.class文件)后，便為該代碼中一個類的每一個方法創建一個棧框架，以保存該方法的狀態信息。每個棧框架包括以下三類信息：

局部變量，用于存儲一個類的方法中所用到的局部變量。vars寄存器指向該變量表中的第一個局部變量；

執行環境,用于保存解釋器對Java字節碼進行解釋過程中所需的信息,包括上次調用的方法、局部變量指針和操作數棧的棧頂和棧底指針,是一個執行一個方法的控制中心

操作數棧,用于存儲運算所需操作數及運算的結果。

例如：如果解釋器要執行iadd(整數加法)，首先要從frame寄存器中找到當前執行環境，而后便從執行環境中找到操作數棧，從棧頂彈出兩個整數進行加法運算，最后將結果壓入棧頂。

再看JVM垃圾回收堆

Java類的實例所需的存儲空間是在堆上分配的。由Java解釋器承擔為類實例分配空間的工作。Java解釋器在為一個實例分配存儲空間后，便開始記錄對該實例所占用的內存區域的使用。一旦對象使用完畢，便將其回收到堆中。在Java語言中，除了new語句外沒有其他方法為一對象申請和分配內存。對內存進行釋放和回收的工作是由Java運行系統承擔的。

一個大概的JVM內存結構

JVM的每個實例都有一個它自己的方法域和一個堆，運行于JVM內的所有的線程都共享這些區域；當虛擬機裝載類文件的時候，它解析其中的二進制數據所包含的類信息，并把它們放到方法域中；當程序運行的時候，JVM把程序初始化的所有對象置于堆上；而每個線程創建的時候，都會擁有自己的程序計數器和Java棧，其中程序計數器中的值指向下一條即將被執行的指令，線程的Java棧則存儲為該線程調用Java方法的狀態；本地方法調用的狀態被存儲在本地方法棧，該方法棧依賴于具體的實現。

關于存儲方法域，個人理解為與傳統語言中的編譯后代碼或是Unix進程中的正文段類似。它保存方法代碼(編譯后的java代碼)和符號表。在當前的Java實現中，方法代碼不包括在垃圾回收堆中，但計劃在將來的版本中實現。

再詳細說說棧框架的三類信息：局部變量區、運行環境區、操作數區。

局部變量區

每個Java方法使用一個固定大小的局部變量集。它們按照與vars寄存器的字偏移量來尋址。局部變量都是32位的。長整數和雙精度浮點數占據了兩個局部變量的空間，卻按照第一個局部變量的索引來尋址。(例如，一個索引為n的局部變量，如果是一個雙精度浮點數，那么它實際占據了索引n和n+1所代表的存儲空間)虛擬機規范并不要求在局部變量中的64位的值是64位對齊的。虛擬機提供了把局部變量中的值裝載到操作數棧的指令，也提供了把操作數棧中的值寫入局部變量的指令。

運行環境區

在運行環境中包含的信息用于動態鏈接，正常的方法返回以及異常捕捉。

動態鏈接

運行環境包括對指向當前類和當前方法的解釋器符號表的指針，用于支持方法代碼的動態鏈接。方法的class文件代碼在引用要調用的方法和要訪問的變量時使用符號。動態鏈接把符號形式的方法調用翻譯成實際方法調用，裝載必要的類以解釋還沒有定義的符號，并把變量訪問翻譯成與這些變量運行時的存儲結構相應的偏移地址。動態鏈接方法和變量使得方法中使用的其它類的變化不會影響到本程序的代碼。

正常的方法返回

如果當前方法正常地結束了，在執行了一條具有正確類型的返回指令時，調用的方法會得到一個返回值。執行環境在正常返回的情況下用于恢復調用者的寄存器,并把調用者的程序計數器增加一個恰當的數值，以跳過已執行過的方法調用指令，然后在調用者的執行環境中繼續執行下去。

異常捕捉

異常情況在Java中被稱作Error(錯誤)或Exception(異常)，是Throwable類的子類，在程序中的原因是：①動態鏈接錯，如無法找到所需的class文件。②運行時錯，如對一個空指針的引用。程序使用了throw語句。

當異常發生時，Java虛擬機采取如下措施：

檢查與當前方法相聯系的catch子句表。每個catch子句包含其有效指令范圍，能夠處理的異常類型，以及處理異常的代碼塊地址。

與異常相匹配的catch子句應該符合下面的條件：造成異常的指令在其指令范圍之內，發生的異常類型是其能處理的異常類型的子類型。如果找到了匹配的catch子句，那么系統轉移到指定的異常處理塊處執行；如果沒有找到異常處理塊，重復尋找匹配的catch子句的過程，直到當前方法的所有嵌套的catch子句都被檢查過。

由于虛擬機從第一個匹配的catch子句處繼續執行，所以catch子句的順序是很重要的。因為Java代碼是結構化的，因此總可以把某個方法的所有的異常處理器都按序排列到一個表中，對任意可能的程序計數器的值，都可以用線性的順序找到合適的異常處理塊，以處理在該程序計數器值下發生的異常情況。

如果找不到匹配的catch子句，那么當前方法得到一個”未截獲異常”的結果并返回到當前方法的調用者，好像異常剛剛在其調用者中發生一樣。如果在調用者中仍然沒有找到相應的異常處理塊，那么這種錯誤將被傳播下去。如果錯誤被傳播到最頂層，那么系統將調用一個缺省的異常處理塊。

操作數棧區

機器指令只從操作數棧中取操作數，對它們進行操作，并把結果返回到棧中。選擇棧結構的原因是：在只有少量寄存器或非通用寄存器的機器(如Intel486)上，也能夠高效地模擬虛擬機的行為。操作數棧是32位的。它用于給方法傳遞參數，并從方法接收結果，也用于支持操作的參數，并保存操作的結果。

這次到這里，下次仍是一些關于JVM的整理。

總結

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