本文和大家一起學習一下JVM技術，JVM的意思是Java虛擬機，Java虛擬機（JavaVirtualMachine)簡稱JVMJava虛擬機是一個想象中的機器,在實際的計算機上通過軟件模擬來實現(xiàn)。

1Java技術與Java虛擬機

說起Java，人們首先想到的是Java編程語言，然而事實上，Java是一種技術，它由四方面組成：Java編程語言、Java類文件格式、Java虛擬機和Java應用程序接口（JavaAPI）。它們的關系如下圖所示：

圖1Java四個方面的關系

運行期環(huán)境代表著Java平臺，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)碼進入虛擬機，它就會被解釋器解釋執(zhí)行，或者是被即時代碼發(fā)生器有選擇的轉(zhuǎn)換成機器碼執(zhí)行。從上圖也可以看出Java平臺由Java虛擬機和Java應用程序接口搭建，Java語言則是進入這個平臺的通道，用Java語言編寫并編譯的程序可以運行在這個平臺上。這個平臺的結(jié)構如下圖所示：

在Java平臺的結(jié)構中，可以看出，Java虛擬機（JVM）處在核心的位置，是程序與底層操作系統(tǒng)和硬件無關的關鍵。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)，其中依賴于平臺的部分稱為適配器；JVM通過移植接口在具體的平臺和操作系統(tǒng)上實現(xiàn)；在JVM的上方是Java的基本類庫和擴展類庫以及它們的API，利用JavaAPI編寫的應用程序（application）和小程序（Javaapplet）可以在任何Java平臺上運行而無需考慮底層平臺，就是因為有Java虛擬機（JVM）實現(xiàn)了程序與操作系統(tǒng)的分離，從而實現(xiàn)了Java的平臺無關性。

◆那么到底什么是Java虛擬機（JVM）呢？通常我們談論JVM時，我們的意思可能是：

對JVM規(guī)范的的比較抽象的說明；

對JVM的具體實現(xiàn)；

在程序運行期間所生成的一個JVM實例。

對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《TheJavaVirtualMachineSpecification》（《Java虛擬機規(guī)范》）中被詳細地描述了；對JVM的具體實現(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)廠商所實現(xiàn)，并存在于多種平臺之上；運行Java程序的任務由JVM的運行期實例單個承擔。在本文中我們所討論的Java虛擬機（JVM）主要針對第三種情況而言。它可以被看成一個想象中的機器，在實際的計算機上通過軟件模擬來實現(xiàn)，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有自己相應的指令系統(tǒng)。

JVM在它的生存周期中有一個明確的任務，那就是運行Java程序，因此當Java程序啟動的時候，就產(chǎn)生JVM的一個實例；當程序運行結(jié)束的時候，該實例也跟著消失了。下面我們從JVM的體系結(jié)構和它的運行過程這兩個方面來對它進行比較深入的研究。#p#

2Java虛擬機的體系結(jié)構

剛才已經(jīng)提到，JVM可以由不同的廠商來實現(xiàn)。由于廠商的不同必然導致JVM在實現(xiàn)上的一些不同，然而JVM還是可以實現(xiàn)跨平臺的特性，這就要歸功于設計JVM時的體系結(jié)構了。

我們知道，一個JVM實例的行為不光是它自己的事，還涉及到它的子系統(tǒng)、存儲區(qū)域、數(shù)據(jù)類型和指令這些部分，它們描述了JVM的一個抽象的內(nèi)部體系結(jié)構，其目的不光規(guī)定實現(xiàn)JVM時它內(nèi)部的體系結(jié)構，更重要的是提供了一種方式，用于嚴格定義實現(xiàn)時的外部行為。每個JVM都有兩種機制，一個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)；另外的一個負責執(zhí)行包含在已裝載的類或接口中的指令，叫做運行引擎。每個JVM又包括方法區(qū)、堆、Java棧、程序計數(shù)器和本地方法棧這五個部分，這幾個部分和類裝載機制與運行引擎機制一起組成的體系結(jié)構圖為：

JVM的每個實例都有一個它自己的方法域和一個堆，運行于JVM內(nèi)的所有的線程都共享這些區(qū)域；當虛擬機裝載類文件的時候，它解析其中的二進制數(shù)據(jù)所包含的類信息，并把它們放到方法域中；當程序運行的時候，JVM把程序初始化的所有對象置于堆上；而每個線程創(chuàng)建的時候，都會擁有自己的程序計數(shù)器和Java棧，其中程序計數(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)被存儲在本地方法棧，該方法棧依賴于具體的實現(xiàn)。#p#

3.Java虛擬機的運行過程

上面對虛擬機的各個部分進行了比較詳細的說明，下面通過一個具體的例子來分析它的運行過程。

虛擬機通過調(diào)用某個指定類的方法main啟動，傳遞給main一個字符串數(shù)組參數(shù)，使指定的類被裝載，同時鏈接該類所使用的其它的類型，并且初始化它們。例如對于程序：

classHelloApp  
{  
publicstaticvoidmain（String［］args）  
{  
System.out.println（“HelloWorld！”）;  
 
for（inti=0;i《args.length;i++）  
{  
System.out.println（args［i］）;  
}  
}  
}  
 

編譯后在命令行模式下鍵入：javaHelloApprunvirtualmachine

將通過調(diào)用HelloApp的方法main來啟動java虛擬機，傳遞給main一個包含三個字符串“run”、“virtual”、“machine”的數(shù)組。現(xiàn)在我們略述虛擬機在執(zhí)行HelloApp時可能采取的步驟。

開始試圖執(zhí)行類HelloApp的main方法，發(fā)現(xiàn)該類并沒有被裝載，也就是說虛擬機當前不包含該類的二進制代表，于是虛擬機使用ClassLoader試圖尋找這樣的二進制代表。如果這個進程失敗，則拋出一個異常。類被裝載后同時在main方法被調(diào)用之前，必須對類HelloApp與其它類型進行鏈接然后初始化。鏈接包含三個階段：檢驗，準備和解析。檢驗檢查被裝載的主類的符號和語義，準備則創(chuàng)建類或接口的靜態(tài)域以及把這些域初始化為標準的默認值，解析負責檢查主類對其它類或接口的符號引用，在這一步它是可選的。類的初始化是對類中聲明的靜態(tài)初始化函數(shù)和靜態(tài)域的初始化構造方法的執(zhí)行。一個類在初始化之前它的父類必須被初始化。整個過程如下：

4結(jié)束語

本文通過對JVM的體系結(jié)構的深入研究以及一個Java程序執(zhí)行時虛擬機的運行過程的詳細分析，意在剖析清楚Java虛擬機的機理。

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