Java虛擬機(jī)深入研究

2019-11-18 11:02:45

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供稿：網(wǎng)友

java技術(shù)與Java虛擬機(jī)

　　說起Java，人們首先想到的是Java編程語言，然而事實(shí)上，Java是一種技術(shù)，它由四方面組成：Java編程語言、Java類文件格式、Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口(Java API)。它們的關(guān)系如下圖所示：

圖1 Java四個(gè)方面的關(guān)系

　　運(yùn)行期環(huán)境代表著Java平臺(tái)，開發(fā)人員編寫Java代碼(.java文件)，然后將之編譯成字節(jié)碼(.class文件)。最后字節(jié)碼被裝入內(nèi)存，一旦字節(jié)碼進(jìn)入虛擬機(jī)，它就會(huì)被解釋器解釋執(zhí)行，或者是被即時(shí)代碼發(fā)生器有選擇的轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼執(zhí)行。從上圖也可以看出Java平臺(tái)由Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口搭建，Java語言則是進(jìn)入這個(gè)平臺(tái)的通道，用Java語言編寫并編譯的程序可以運(yùn)行在這個(gè)平臺(tái)上。這個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

(點(diǎn)擊查看原圖)

　　在Java平臺(tái)的結(jié)構(gòu)中, 可以看出，Java虛擬機(jī)(JVM) 處在核心的位置，是程序與底層操作系統(tǒng)和硬件無關(guān)的要害。它的下方是移植接口，移植接口由兩部分組成：適配器和Java操作系統(tǒng), 其中依靠于平臺(tái)的部分稱為適配器；JVM 通過移植接口在具體的平臺(tái)和操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)；在JVM 的上方是Java的基本類庫和擴(kuò)展類庫以及它們的API，利用Java API編寫的應(yīng)用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平臺(tái)上運(yùn)行而無需考慮底層平臺(tái), 就是因?yàn)橛蠮ava虛擬機(jī)(JVM)實(shí)現(xiàn)了程序與操作系統(tǒng)的分離，從而實(shí)現(xiàn)了Java 的平臺(tái)無關(guān)性。

　　那么到底什么是Java虛擬機(jī)(JVM)呢？通常我們談?wù)揓VM時(shí)，我們的意思可能是：

　　對(duì)JVM規(guī)范的的比較抽象的說明；
　　對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)；
　　在程序運(yùn)行期間所生成的一個(gè)JVM實(shí)例。

　　對(duì)JVM規(guī)范的的抽象說明是一些概念的集合，它們已經(jīng)在書《The Java Virtual Machine Specification》（《Java虛擬機(jī)規(guī)范》）中被具體地描述了；對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)要么是軟件，要么是軟件和硬件的組合，它已經(jīng)被許多生產(chǎn)廠商所實(shí)現(xiàn)，并存在于多種平臺(tái)之上；運(yùn)行Java程序的任務(wù)由JVM的運(yùn)行期實(shí)例單個(gè)承擔(dān)。在本文中我們所討論的Java虛擬機(jī)(JVM)主要針對(duì)第三種情況而言。它可以被看成一個(gè)想象中的機(jī)器，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn)，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有自己相應(yīng)的指令系統(tǒng)。

　　JVM在它的生存周期中有一個(gè)明確的任務(wù)，那就是運(yùn)行Java程序，因此當(dāng)Java程序啟動(dòng)的時(shí)候，就產(chǎn)生JVM的一個(gè)實(shí)例；當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束的時(shí)候，該實(shí)例也跟著消失了。下面我們從JVM的體系結(jié)構(gòu)和它的運(yùn)行過程這兩個(gè)方面來對(duì)它進(jìn)行比較深入的研究。三層交換技術(shù) 交換機(jī)與路由器密碼恢復(fù) 交換機(jī)的選購路由器設(shè)置專題路由故障處理手冊(cè) 數(shù)字化校園網(wǎng)解決方案

Java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

　　剛才已經(jīng)提到，JVM可以由不同的廠商來實(shí)現(xiàn)。由于廠商的不同必然導(dǎo)致JVM在實(shí)現(xiàn)上的一些不同，然而JVM還是可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的特性，這就要?dú)w功于設(shè)計(jì)JVM時(shí)的體系結(jié)構(gòu)了。

　　我們知道，一個(gè)JVM實(shí)例的行為不光是它自己的事，還涉及到它的子系統(tǒng)、存儲(chǔ)區(qū)域、數(shù)據(jù)類型和指令這些部分，它們描述了JVM的一個(gè)抽象的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，其目的不光規(guī)定實(shí)現(xiàn)JVM時(shí)它內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，更重要的是提供了一種方式，用于嚴(yán)格定義實(shí)現(xiàn)時(shí)的外部行為。每個(gè)JVM都有兩種機(jī)制，一個(gè)是裝載具有合適名稱的類(類或是接口)，叫做類裝載子系統(tǒng)；另外的一個(gè)負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在已裝載的類或接口中的指令，叫做運(yùn)行引擎。每個(gè)JVM又包括方法區(qū)、堆、Java棧、程序計(jì)數(shù)器和本地方法棧這五個(gè)部分，這幾個(gè)部分和類裝載機(jī)制與運(yùn)行引擎機(jī)制一起組成的體系結(jié)構(gòu)圖為：

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