学习Java虚拟机

一个Java虚拟机实例的职责就是负责运行一个Java程序，当通过main启动一个Java程序时，一个虚拟机实例就诞生了。如果同时运行三个Java程序，将得到三个Java虚拟机实例。例子：tomcat启动之后就只有一个Java虚拟机实例。 
当Java虚拟机运行一个程序时需要内存来存储很多东西，例如，字节码，从已装载的class文件中得到的信息，对象实例，方法参数，返回值，局部变量以及中间结果等等，Java虚拟机把这些东东组织到几个“运行时数据区”中，便于管理。如下图所示： 

 


方法区： 
在方法区中主要保存如下信息： 
          1）、类型的全名 
          2）、类型的父类型的全名 
          3）、给类型是一个类还是接口 
          4）、类型的修饰符 
          5）、所有父接口全名的列表 
类型全名保存的数据结构由虚拟机实现者定义。除此之外，Java虚拟机还要为每个类型保存如下信息： 
          1）、类型的常量池 
          2）、类型字段的信息 
          3）、类型方法的信息 
          4）、所有的静态类变量（非常量）信息 
          5）、一个指向类加载器的引用 
          6）、一个指向Class类的引用 
重点说下常量池，常量池中除了存储直接常量（final常量、字符串）外，还存储类，字段和方法的符号引用。常量池解析指的就是把这些符号引用替换为相应的指针。 

堆： 
Java程序在运行时创建的所有类实例或数组都放在同一个堆中。而一个Java虚拟机实例中只存在一个堆空间，因此所有线程都共享这个堆。因此对于多个线程访问这个堆中的同一实例（单例）时需要考虑线程同步问题，多例不用考虑线程同步。 
举个例子：在web开发中，通过main方法启动tomcat后就启动了一个Java虚拟机实例，且此后一直仅有这个虚拟机实例，因此也就只存在一个堆空间，所有线程都共享这个堆。而每个用户通过浏览器发送请求访问服务器上的Action时就启动了一个线程，对于struts1.x而言，Action为单例，即每个线程访问的Action都是堆中的同一个类实例，需要考虑线程同步。而对于struts2.x而言，Action为多例，即每个线程访问的Action都是不同的类实例，不需要考虑线程同步。 

堆中都存了些什么东东？堆中存储的Java类实例由它所属的类及其超类的实例变量组成。另外这个类实例必须能够找到自己相应的类数据（存储在方法区中），因此在类实例中还应该存储一个指向方法区类数据的指针（否则你光有数据，没有方法信息，怎么执行？）。下面的两张可能的堆空间设计图，其中都包含了方法区的指针（ptr to class data）。 



 


PC寄存器： 
每一个线程都有它自己的PC寄存器，也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的地址，这里的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。  

Java栈： 
每一个线程都有它自己的Java栈，栈中可以存储方法参数，返回值，局部变量以及中间结果等等。 
每个线程都有自己的pc寄存器（程序计数器）和java栈，如果线程正在执行一个方法，pc寄存器的值总是指向下一条将被执行的指令。 
Java栈是由许多栈帧组成的，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态。当线程调用一个Java方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中，当该方法返回时，这个栈帧被从Java栈中弹出并抛弃。 

 

栈帧由3部分组成：局部变量区、操作数栈和帧数据区。 
局部变量区：用于存储方法参数，返回值，局部变量以及中间结果。 
操作数栈：用于存储操作数。它执行标准的栈操作：进栈、出栈。如果某个指令把一个值压入到操作数栈中，稍后另一个指令就可以弹出这个值来使用。 
看一个例子： 

Java代码  

1. void add() {  
2.     int m = 4;  
3.     int n = 5;  
4.     int l = m + n;  
5. }  

上面的这个方法对应的指令操作如下(注释是我添加的)： 

Java代码  

1. 0:   iconst_4       //将int型4推送至操作数栈顶  
2. 1:   istore_1       //将栈顶int型数值存入第2个局部变量  
3. 2:   iconst_5       //将int型5推送至操作数栈顶  
4. 3:   istore_2       //将栈顶int型数值存入第3个局部变量  
5. 4:   iload_1        //将第2个int型局部变量推送至操作数栈顶  
6. 5:   iload_2        //将第3个int型局部变量推送至操作数栈顶  
7. 6:   iadd       //将操作数栈顶两int型数值相加并将结果压入栈顶  
8. 7:   istore_3       //将栈顶int型数值（相加结果）存入第4个局部变量  
9. 8:   return     //从当前方法返回，此方法对应的帧栈被从java栈中弹出并抛弃  

本地方法栈： 
本地方法栈用于支持native方法的执行，存储了native方法的调用状态。