Java虛擬機(jī)包括一套字節(jié)碼指令集、一組寄存器、一個(gè)棧、一個(gè)垃圾回收堆和一個(gè)存儲(chǔ)方法域。JVM是為Java字節(jié)碼定義的一種獨(dú)立于具體平臺(tái)的規(guī)格描述，是Java平臺(tái)獨(dú)立性的基礎(chǔ)。

對(duì)于字節(jié)碼指令集不感興趣，直接看寄存器。

JVM設(shè)置了4個(gè)最為常用的寄存器。它們是：

pc程序計(jì)數(shù)器

optop操作數(shù)棧頂指針

frame當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境指針

vars指向當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境中第一個(gè)局部變量的指針

所有寄存器均為32位。pc用于記錄程序的執(zhí)行。optop，frame和vars用于記錄指向Java棧區(qū)的指針。

至于為什么只設(shè)置4個(gè)寄存器，是出于這樣的考量：如果虛擬機(jī)定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對(duì)?；騼?nèi)存進(jìn)行訪問(wèn)，這有利于提高運(yùn)行速度。然而，如果虛擬機(jī)中的寄存器比實(shí)際CPU的寄存器多，在實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)時(shí)就會(huì)占用處理器大量的時(shí)間來(lái)用常規(guī)存儲(chǔ)器模擬寄存器，這反而會(huì)降低虛擬機(jī)的效率。

接著看JVM棧結(jié)構(gòu)

Java棧是JVM存儲(chǔ)信息的主要方法。當(dāng)JVM得到一個(gè)Java字節(jié)碼應(yīng)用程序(.class文件)后，便為該代碼中一個(gè)類的每一個(gè)方法創(chuàng)建一個(gè)?？蚣?#xff0c;以保存該方法的狀態(tài)信息。每個(gè)?？蚣馨ㄒ韵氯愋畔?#xff1a;

局部變量，用于存儲(chǔ)一個(gè)類的方法中所用到的局部變量。vars寄存器指向該變量表中的第一個(gè)局部變量；

執(zhí)行環(huán)境,用于保存解釋器對(duì)Java字節(jié)碼進(jìn)行解釋過(guò)程中所需的信息,包括上次調(diào)用的方法、局部變量指針和操作數(shù)棧的棧頂和棧底指針,是一個(gè)執(zhí)行一個(gè)方法的控制中心

操作數(shù)棧,用于存儲(chǔ)運(yùn)算所需操作數(shù)及運(yùn)算的結(jié)果。

例如：如果解釋器要執(zhí)行iadd(整數(shù)加法)，首先要從frame寄存器中找到當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境，而后便從執(zhí)行環(huán)境中找到操作數(shù)棧，從棧頂彈出兩個(gè)整數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，最后將結(jié)果壓入棧頂。

再看JVM垃圾回收堆

Java類的實(shí)例所需的存儲(chǔ)空間是在堆上分配的。由Java解釋器承擔(dān)為類實(shí)例分配空間的工作。Java解釋器在為一個(gè)實(shí)例分配存儲(chǔ)空間后，便開(kāi)始記錄對(duì)該實(shí)例所占用的內(nèi)存區(qū)域的使用。一旦對(duì)象使用完畢，便將其回收到堆中。在Java語(yǔ)言中，除了new語(yǔ)句外沒(méi)有其他方法為一對(duì)象申請(qǐng)和分配內(nèi)存。對(duì)內(nèi)存進(jìn)行釋放和回收的工作是由Java運(yùn)行系統(tǒng)承擔(dān)的。

一個(gè)大概的JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)

JVM的每個(gè)實(shí)例都有一個(gè)它自己的方法域和一個(gè)堆，運(yùn)行于JVM內(nèi)的所有的線程都共享這些區(qū)域；當(dāng)虛擬機(jī)裝載類文件的時(shí)候，它解析其中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)所包含的類信息，并把它們放到方法域中；當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，JVM把程序初始化的所有對(duì)象置于堆上；而每個(gè)線程創(chuàng)建的時(shí)候，都會(huì)擁有自己的程序計(jì)數(shù)器和Java棧，其中程序計(jì)數(shù)器中的值指向下一條即將被執(zhí)行的指令，線程的Java棧則存儲(chǔ)為該線程調(diào)用Java方法的狀態(tài)；本地方法調(diào)用的狀態(tài)被存儲(chǔ)在本地方法棧，該方法棧依賴于具體的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于存儲(chǔ)方法域，個(gè)人理解為與傳統(tǒng)語(yǔ)言中的編譯后代碼或是Unix進(jìn)程中的正文段類似。它保存方法代碼(編譯后的java代碼)和符號(hào)表。在當(dāng)前的Java實(shí)現(xiàn)中，方法代碼不包括在垃圾回收堆中，但計(jì)劃在將來(lái)的版本中實(shí)現(xiàn)。

再詳細(xì)說(shuō)說(shuō)?？蚣艿娜愋畔?#xff1a;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vars寄存器的字偏移量來(lái)尋址。局部變量都是32位的。長(zhǎng)整數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)占據(jù)了兩個(gè)局部變量的空間，卻按照第一個(gè)局部變量的索引來(lái)尋址。(例如，一個(gè)索引為n的局部變量，如果是一個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(shù)，那么它實(shí)際占據(jù)了索引n和n+1所代表的存儲(chǔ)空間)虛擬機(jī)規(guī)范并不要求在局部變量中的64位的值是64位對(duì)齊的。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。

運(yùn)行環(huán)境區(qū)

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捕捉。

動(dòng)態(tài)鏈接

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(wèn)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(méi)有定義的符號(hào)，并把變量訪問(wèn)翻譯成與這些變量運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的偏移地址。動(dòng)態(tài)鏈接方法和變量使得方法中使用的其它類的變化不會(huì)影響到本程序的代碼。

正常的方法返回

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)用者的程序計(jì)數(shù)器增加一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)值，以跳過(guò)已執(zhí)行過(guò)的方法調(diào)用指令，然后在調(diào)用者的執(zhí)行環(huán)境中繼續(xù)執(zhí)行下去。

異常捕捉

異常情況在Java中被稱作Error(錯(cuò)誤)或Exception(異常)，是Throwable類的子類，在程序中的原因是：①動(dòng)態(tài)鏈接錯(cuò)，如無(wú)法找到所需的class文件。②運(yùn)行時(shí)錯(cuò)，如對(duì)一個(gè)空指針的引用。程序使用了throw語(yǔ)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)前方法相聯(lián)系的catch子句表。每個(gè)catch子句包含其有效指令范圍，能夠處理的異常類型，以及處理異常的代碼塊地址。

與異常相匹配的catch子句應(yīng)該符合下面的條件：造成異常的指令在其指令范圍之內(nèi)，發(fā)生的異常類型是其能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)移到指定的異常處理塊處執(zhí)行；如果沒(méi)有找到異常處理塊，重復(fù)尋找匹配的catch子句的過(guò)程，直到當(dāng)前方法的所有嵌套的catch子句都被檢查過(guò)。

由于虛擬機(jī)從第一個(gè)匹配的catch子句處繼續(xù)執(zhí)行，所以catch子句的順序是很重要的。因?yàn)镴ava代碼是結(jié)構(gòu)化的，因此總可以把某個(gè)方法的所有的異常處理器都按序排列到一個(gè)表中，對(duì)任意可能的程序計(jì)數(shù)器的值，都可以用線性的順序找到合適的異常處理塊，以處理在該程序計(jì)數(shù)器值下發(fā)生的異常情況。

如果找不到匹配的catch子句，那么當(dāng)前方法得到一個(gè)”未截獲異?！钡慕Y(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。如果在調(diào)用者中仍然沒(méi)有找到相應(yīng)的異常處理塊，那么這種錯(cuò)誤將被傳播下去。如果錯(cuò)誤被傳播到最頂層，那么系統(tǒng)將調(diào)用一個(gè)缺省的異常處理塊。

操作數(shù)棧區(qū)

機(jī)器指令只從操作數(shù)棧中取操作數(shù)，對(duì)它們進(jìn)行操作，并把結(jié)果返回到棧中。選擇棧結(jié)構(gòu)的原因是：在只有少量寄存器或非通用寄存器的機(jī)器(如Intel486)上，也能夠高效地模擬虛擬機(jī)的行為。操作數(shù)棧是32位的。它用于給方法傳遞參數(shù)，并從方法接收結(jié)果，也用于支持操作的參數(shù)，并保存操作的結(jié)果。

這次到這里，下次仍是一些關(guān)于JVM的整理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java虚拟机的内存模型_JVM（Java虚拟机）内存模型(转载/整理)的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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