Java虛擬機(jī)內(nèi)部由什么構(gòu)成

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Java虛擬機(jī)是一個(gè)想象中的機(jī)器，正如其名是虛擬的。在實(shí)際計(jì)算機(jī)上市通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)的。它有虛擬的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。它屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼即字節(jié)碼，這樣就可以在多個(gè)平臺(tái)上不加修改的運(yùn)行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，把字節(jié)碼解釋成具體平臺(tái)上的機(jī)器指令執(zhí)行。這正是Java語言具有與平臺(tái)無關(guān)性的原因。

Java虛擬機(jī)由五部分組成：指令集、寄存器、棧、無用單元回收堆（garbage-collected-heap)、方法區(qū)域。它們構(gòu)成了Java虛擬機(jī)的邏輯成份，不依賴任何實(shí)現(xiàn)技術(shù)或組織方式，但他們的功能必須在真實(shí)機(jī)器上以某種方式實(shí)現(xiàn)。Java虛擬機(jī)支持大約248個(gè)字節(jié)碼。每個(gè)字節(jié)碼執(zhí)行一種基本的CPU運(yùn)算，例如，把一個(gè)整數(shù)加到寄存器，子程序轉(zhuǎn)移等。Java指令集相當(dāng)于Java程序的匯編語言。其中的指令包含一個(gè)單字節(jié)的操作符，用于指定要執(zhí)行的操作，還有0個(gè)或多個(gè)操作數(shù)，提供操作所需的參數(shù)或數(shù)據(jù)。許多指令沒有操作數(shù)，僅有一個(gè)單字節(jié)的操作符構(gòu)成。虛擬機(jī)的內(nèi)層循環(huán)的執(zhí)行過程如下：

do{取一個(gè)操作符字節(jié)：根據(jù)操作符的值執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作；}while(程序未結(jié)束）

由于指令系統(tǒng)的簡單性，使得虛擬機(jī)的執(zhí)行過程十分簡單，從而有利于提高執(zhí)行效率。指令中操作數(shù)的數(shù)量和大小是由操作符決定的。如果操作數(shù)比一個(gè)字節(jié)大那么它存儲(chǔ)的順序是高字節(jié)優(yōu)先。例如，一個(gè)16位的參數(shù)存放時(shí)占用兩個(gè)字節(jié)，其值為***個(gè)字節(jié)×256+第二個(gè)字節(jié)。字節(jié)碼指令流一般只是字節(jié)對(duì)齊的。指令tableswitch和lookup是例外，這兩條指令內(nèi)部要求強(qiáng)制的4字節(jié)邊界對(duì)齊。
 
Java虛擬機(jī)的寄存器用于保存機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，與微處理器中的某些專用寄存器類似。Java虛擬機(jī)的寄存器有4種：pc：Java程序計(jì)數(shù)器，optop：指向操作數(shù)棧頂端的指針，frame：指向當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境的指針，vars：指向當(dāng)前執(zhí)行方法的局部變量區(qū)***個(gè)變量的指針。Java虛擬機(jī)是棧式的，他不定義或使用寄存器來傳遞或接受參數(shù)，其目的是為了保證指令集的簡潔性和實(shí)現(xiàn)時(shí)的高效性特別是對(duì)于寄存器數(shù)目不多的處理器。所有寄存器 都是32位的。

Java虛擬機(jī)的棧有三個(gè)區(qū)域：局部變量區(qū)、運(yùn)行環(huán)境區(qū)、操作數(shù)區(qū)。局部變量區(qū)每個(gè)Java方法使用一個(gè)固定大小的局部變量集。它們按照與ars寄存器的字偏移量來尋址。局部變量都是32位的。長整數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)占據(jù)了2個(gè)局部變量的空間，卻按照***個(gè)局部變量的索引來尋址。虛擬機(jī)規(guī)范并不要求在局部變量中的64 為的值是64位對(duì)其的虛擬機(jī)提供了把局部變量中的值裝載到操作數(shù)棧的指令，也提供了把操作數(shù)棧中的值寫入局部變量的指令。

在運(yùn)行環(huán)境中包含的信息用于動(dòng)態(tài)鏈接，正常的方法返回以及異常傳播。運(yùn)行環(huán)境包括對(duì)指向當(dāng)前類和當(dāng)前方法的解釋器符號(hào)表的指針，用于支持方法代碼的動(dòng)態(tài)鏈接。方法的class文件代碼在引用要調(diào)用的方法和要訪問的變量時(shí)使用符號(hào)。動(dòng)態(tài)鏈接把符號(hào)形式的方法調(diào)用翻譯成實(shí)際方法調(diào)用，裝載必要的類以解釋還沒有定義的符號(hào)，并把變量訪問翻譯成與這些變量運(yùn)行時(shí)的存貯結(jié)構(gòu)相應(yīng)的偏移地址。動(dòng)態(tài)鏈接方法和變量使的方法中使用的其它類的變化不會(huì)影響到本程序的代碼。如果當(dāng)前方法正常地結(jié)束了，在執(zhí)行了一條具有正確類型的返回指令時(shí)，調(diào)用的方法會(huì)得到一個(gè)返回值。執(zhí)行環(huán)境在正常返回的情況下用于恢復(fù)調(diào)用者的寄存器，并把調(diào)用者的寄存器計(jì)算器增加一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹?，一跳過已執(zhí)行過的方法。調(diào)用指令然后再調(diào)用者的執(zhí)行環(huán)境中繼續(xù)執(zhí)行下去。異常情況下在Java中被稱作error（錯(cuò)誤）或exception（異常），是throwable類的子類。在程序中出錯(cuò)的原因是動(dòng)態(tài)鏈接出錯(cuò)如無法找到所需class文件，運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)如一個(gè)空指針的引用。程序使用了throw語句。

當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，Java虛擬機(jī)采取如下措施：檢查與當(dāng)前方法相關(guān)的catch子句表，每個(gè)catch子句包含其有效指令范圍，能夠處理異常類型以及處理異常代碼塊地址。與異常相匹配的catch子句應(yīng)該符合一下條件：造成異常的指令在指令范圍內(nèi)，發(fā)生異常類型是其能夠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(tǒng)轉(zhuǎn)到異常處理模塊執(zhí)行；否則重復(fù)尋找直到找到為止。如果找不到則得到一個(gè)“未截獲異常”的結(jié)果并返回到當(dāng)前方法的調(diào)用者好像異常剛剛在其調(diào)用者中發(fā)生一樣。如果調(diào)用者仍然沒有找到相應(yīng)的異常處理，那么系統(tǒng)將調(diào)用一個(gè)缺省的異常處理模塊。
 
機(jī)器指令只從操作數(shù)棧中取操作數(shù)，對(duì)他們進(jìn)行操作，并把結(jié)果返回到棧中。棧用于給方法傳遞參數(shù)并從方法接受結(jié)果，也用于支持操作數(shù)的參數(shù)并保存操作結(jié)果。Java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，類的實(shí)例從中分配空間。Java語言有無用單元回收功能：不給程序員顯式釋放對(duì)象的能力。不規(guī)定具體使用的無用單元收集算法?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)需求使用各種各樣的算法。

方法區(qū)與傳統(tǒng)語言中的編譯后代碼或是unix進(jìn)程中的正文段相似。保存方法代碼（編譯后的Java代碼）和符號(hào)表。在當(dāng)前的Java實(shí)現(xiàn)中，方法代碼不包括在無用回收集堆中但計(jì)劃在將來的版本實(shí)現(xiàn)。

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