Java虚拟机（一）

什么是java虚拟机

当谈到java虚拟机时一般会涉及到下面三个方面：

• 抽象规范
• 具体实现
• 运行实例

每个java程序运行在一个抽象的虚拟机规范的某种具体实现的运行实例上。

java虚拟机的生命周期

当以个程序启动时，一个java虚拟机运行实例被创建，当程序运行结束时，虚拟机运行实例被销毁，每个java程序对应一个java虚拟机。

java虚拟机通过调用类的main()方法启动应用程序，main()方法必须是public，static，返回void，并且接收一个String数组参数，任何具有一个main()方法的类都可以作为程序的入口。下面是一个例子：

class Echo {    public static void main(String[] args) {        int len = args.length;        for (int i = 0; i < len; ++i) {            System.out.print(args[i] + " ");        }        System.out.println();    }}

如果要运行Echo程序，需要在输入下面的指令：

java Echo Greetings, Planet

“java”表示操作系统需要启动的java虚拟机。“Echo”是初始类的名字。初始类必须有一个public static，返回值为void，且可接受一个String数组参数的mian()方法。“Greetings， Planet”是应用程序的命令行参数。它们会按顺序传给main()方法的String数组参数。

在java虚拟机内部有两种线程：daemon线程（守护线程）和non-daemon线程。daemon线程是虚拟机自身使用的线程，例如一个执行垃圾回收的线程。应用程序内部创建的线程默认为non-daemon线程，应用程序也可以通过标记创建一个daemon线程。

只要有一个non-daemon线程在运行，虚拟机保持存活状态，当程序的所有non-daemon线程终止时，虚拟机实例就会退出。

java虚拟机的架构

在java虚拟机规范中，用子系统，内存区域，数据类型，指令集描述了一个java虚拟机实例的行为，这些组件描述了虚拟机的抽象内部架构。下图是java虚拟机的架构，每个java虚拟机有一个类加载器子系统：根据给定的全限定名来加载类型（classes和interfaces）的机制。每个java虚拟机还具有一个执行引擎：负责执行加载classes的方法内部的指令。

当java虚拟机运行程序时，它需要存储很多东西到内存，包括字节码和它从加载的class文件中获取的其他信息，对象实例，方法参数，返回值，本地变量和中间计算结果。java虚拟机将内存组织成几个运行时区域来执行一个程序。

每个java虚拟机实例有一个方法区和一个堆，这两个区域是被虚拟机中所有运行线程共享的。当虚拟机加载一个class文件时，会从class文件的二进制数据中解析出类型信息，虚拟机将这些类型信息放到方法区中。随着程序的运行，虚拟机会把程序实例化的所有对象放到堆中。如下图所示：

每个新创建的线程都有一个属于自己的程序计数器（pc register）和java栈。如果线程在执行一个java方法，程序计数器的值指向下一条执行指令。一个线程的java栈存储了该线程的java方法调用状态，这个java方法调用状态包括它的本地变量，调用参数，返回值和中间计算结果。native方法调用的状态存储在native方法栈上，也可能在寄存器或依赖于实现的存储区域中。

java虚拟机中没有可以存储中间数据值的寄存器，指令集使用java栈来存储中间数据值。下图描述了java虚拟机为每个线程创建的内存区域，这些区域是线程私有的。

由上图所示，线程一和线程二在执行java方法，线程三在执行native方法。当前执行方法的栈帧用淡颜色表示，执行java方法线程的程序计数器指向下一条执行指令，这样的程序计数器在图中用淡颜色表示，线程三当前执行的是native方法，它的程序计数器的值为undefine，图中用深灰色表示这种程序计数器。