當(dāng)Inside JVM運(yùn)行程序時(shí)，字節(jié)碼，創(chuàng)建的對(duì)象，傳遞給方法的參數(shù),返回值，局部變量以及運(yùn)算的中間結(jié)果保存在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中。規(guī)范本身對(duì)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)只有抽象的描述，也使得JVM可以容易的在各種計(jì)算機(jī)和設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)單介紹Inside JVM體系結(jié)構(gòu)

JVM的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)JVM的規(guī)范可分為類裝載子系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，執(zhí)行引擎。本文將為大家介紹Inside JVM體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)Inside JVM運(yùn)行程序時(shí)，字節(jié)碼，創(chuàng)建的對(duì)象，傳遞給方法的參數(shù),返回值，局部變量以及運(yùn)算的中間結(jié)果保存在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中。規(guī)范本身對(duì)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)只有抽象的描述，也使得JVM可以容易的在各種計(jì)算機(jī)和設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

Inside JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

1方法區(qū)：

JVM中被裝載的類型信息存儲(chǔ)在一個(gè)邏輯上被稱為方法區(qū)的內(nèi)存中，JVM在裝載完CLASS文件后提取其中的類型信息并將之存儲(chǔ)在方法區(qū)。該類型的靜態(tài)變量同樣也存儲(chǔ)在方法區(qū)中。由于所有的線程共享方法區(qū)，所以對(duì)方法區(qū)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)必須考慮到線程的同步。

方法區(qū)的大小是不固定的，JVM可以通過(guò)裝載新類型或者卸載已有類型來(lái)動(dòng)態(tài)的調(diào)整方法區(qū)的大小，即可以改變方法區(qū)所占用的內(nèi)存。方法區(qū)不一定是連續(xù)的，方法區(qū)可以在一個(gè)堆中自由分配。

JVM保存的在方法區(qū)中的存儲(chǔ)類型以下信息

此類型的全限定名

此類型的直接超類的全限定名（除非這個(gè)類型為java.lang.object，它沒(méi)有超類）

此類型為接口還是類

此類型的訪問(wèn)修飾符號(hào)（public,abstact或final的某個(gè)子集）

除以上基本信息，還得存儲(chǔ)以下類型的具體信息

此類型的常量池

字段信息

方法信息

除常量以外的所有靜態(tài)變量

一個(gè)到類classLoader的引用

一個(gè)到Class類的引用

常量池可以理解為本地指針數(shù)組，在JAVA的動(dòng)態(tài)連接中起核心的左右，后邊再做詳細(xì)的介紹。

為了盡可能的提高訪問(wèn)的效率，必須優(yōu)化存儲(chǔ)在方法區(qū)中的類型信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所以，實(shí)現(xiàn)中還可以加如其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以加快訪問(wèn)原始數(shù)據(jù)的速度，如方法表。JVM為每個(gè)裝載的非抽象類，都生成一個(gè)方法表，把他作為類信息的一部分保存在方法區(qū)。方法表也是一個(gè)本地指針數(shù)組，其元素為方法的入口地址。方法表所指向?qū)嵗椒ǖ臄?shù)據(jù)包括以下信息：

此方法的操作數(shù)棧和局部變量的大小

此方法的字節(jié)碼

異常表

JVM可以為每個(gè)對(duì)象生成一份方法表的copy（這樣比較耗內(nèi)存，但能提高訪問(wèn)的速度）或只在對(duì)象里保存到方法區(qū)中方法表的引用。這和C++中的VTBL很象，在C++中，對(duì)象有實(shí)例數(shù)據(jù)和一組指向?qū)ο罂梢哉{(diào)用的虛擬函數(shù)指針組成。

2堆

Java程序在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的所有類室例或數(shù)組都放在同一個(gè)堆中，而一個(gè)JVM實(shí)例只有一個(gè)堆空間，所有線程都共享這個(gè)堆。堆空間可以自由的伸縮，也不必是連續(xù)的。

常見(jiàn)的堆空間的設(shè)計(jì)：

a.把堆空間分為兩部分：句柄池和對(duì)象池，對(duì)象的引用為指向句柄池的本地指針，句柄池里的每個(gè)條目分為兩部分，一部分為指向?qū)ο蟪氐谋镜刂羔?，一部分為指向方法區(qū)類數(shù)據(jù)區(qū)的本地指針。對(duì)象池里保存的是實(shí)例對(duì)象的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)是實(shí)例私有的。這種設(shè)計(jì)的好處有利于內(nèi)存碎片的整理，當(dāng)移動(dòng)對(duì)象池中的對(duì)象時(shí)，句柄部分只需要修改指向?qū)ο蟪貤l目的地址。缺點(diǎn)就是兩級(jí)指針的訪問(wèn)。

b.使對(duì)象指針直接的指向?qū)ο髷?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括指向方法區(qū)方法區(qū)數(shù)據(jù)類類型的指針和對(duì)象的實(shí)例數(shù)據(jù)。這樣的優(yōu)缺點(diǎn)正好和前邊的方法相反。當(dāng)移動(dòng)堆中的對(duì)象時(shí)，對(duì)象的指針也得跟著改變，這就必須在整個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中更新被移動(dòng)對(duì)象的引用。

以上兩種方法的思想可以類比為對(duì)鏈表和數(shù)組的刪除和加入操作。

在Java中，數(shù)組和其他對(duì)象一樣，總是存儲(chǔ)在堆中并擁有一個(gè)與他們的類向關(guān)聯(lián)的CLASS實(shí)例，所有具有相同維度和類型的數(shù)組都是一個(gè)類的實(shí)例，而不管數(shù)組的長(zhǎng)度。

3程序記數(shù)器

每個(gè)線程都有自己的程序記數(shù)器，它的內(nèi)容總是下一條將被執(zhí)行指令的地址。

4Java棧

當(dāng)一個(gè)線程被創(chuàng)建時(shí)都將得到自己的程序記數(shù)器和Java棧，Java棧以幀為單位保存調(diào)用信息。當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)方法時(shí)，JVM會(huì)壓如一新的棧幀到Java棧，反之則彈出。也就是說(shuō)，JVM只會(huì)對(duì)Java棧執(zhí)行兩種操作：以幀為單位的壓棧和彈棧。幀的大小根據(jù)調(diào)用信息是可變的，后邊做詳細(xì)的介紹。由于Java棧上的數(shù)據(jù)是此線程私有的，因此不需考慮多線程下的棧數(shù)據(jù)的線程安全問(wèn)題。

Inside JVM棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)，操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)。

a.局部變量區(qū)

局部變量區(qū)的大小由調(diào)用方法的參數(shù)和方法的局部變量所決定。編譯器按聲名順序?qū)⑺麄兎诺骄植孔兞繑?shù)組，此數(shù)組以字長(zhǎng)為單位，從0開(kāi)始記數(shù)。如果是實(shí)例方法，數(shù)組的第一個(gè)元素為實(shí)例的this指針。

在Java中，所有的對(duì)象都按引用傳遞，并且對(duì)象存儲(chǔ)在堆中，在局部變量或操作數(shù)棧中不會(huì)有對(duì)象的COPY，只有對(duì)象引用。

b操作數(shù)棧

操作數(shù)棧也是以字長(zhǎng)為單位的數(shù)組，但不同于局部變量數(shù)組以索引去訪問(wèn)，它是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的棧操作，壓棧和彈棧來(lái)訪問(wèn)的。JVM沒(méi)有寄存器,程序記數(shù)器也無(wú)法被程序指令直接訪問(wèn)。JVM的運(yùn)行方式是基于棧的而非基于寄存器的，JVM的指令是從操作數(shù)棧中而不是寄存器中取得操作數(shù)的。雖然指令也可以從其他地方取得操作數(shù)，比如從字節(jié)碼流中跟隨在操作碼之后的字節(jié)中或從常量池中，但主要還是從操作數(shù)棧中獲取操作數(shù)。

JVM把操作數(shù)棧作為它的工作區(qū)，大多數(shù)指令都要從這里彈出數(shù)據(jù)，執(zhí)行運(yùn)算，然后把結(jié)果壓回操作數(shù)棧，然后等相關(guān)的指令將結(jié)果再次彈出。操作數(shù)棧扮演了暫存操作數(shù)的角色。

C幀數(shù)據(jù)區(qū)

除局部變量區(qū)和操作數(shù)棧外，Java棧幀還數(shù)據(jù)來(lái)支持常量池的解析、正常方法的返回以及異常派發(fā)機(jī)制。這些信息都保存在Java棧幀的幀數(shù)據(jù)區(qū)中。JVM可以通過(guò)幀數(shù)據(jù)區(qū)中指向常量池的指針來(lái)執(zhí)行某個(gè)需要用到常量池?cái)?shù)據(jù)的指令。

5本地方法棧

當(dāng)線程調(diào)用本地方法時(shí)，JVM會(huì)保持Java棧不變，不再在線程的Java棧中壓入新的幀，Inside JVM只是簡(jiǎn)單地動(dòng)態(tài)連接并直接調(diào)用本地方法。但是，本地方法有可能回調(diào)JVM中的Java方法，此時(shí)該線程會(huì)保存本地方法棧的狀態(tài)并進(jìn)入Java棧，在Java棧壓入新的棧幀。

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