- 浏览: 385925 次
- 性别:
- 来自: 合肥
文章分类
- 全部博客 (314)
- java (132)
- 生活 (13)
- javase模式 (6)
- weblogic (4)
- jquery (5)
- sql (21)
- ecside (1)
- el (3)
- css (5)
- spring (7)
- ireport (2)
- linux (14)
- struts2 (2)
- jstl (1)
- rmi (1)
- rose (9)
- js (6)
- swing (4)
- webservice (1)
- jboss (1)
- ejb3 (2)
- xml (1)
- 线程 (9)
- socket (3)
- jms (2)
- tomcat (10)
- 领域驱动 (3)
- json (3)
- 权限 (2)
- jvm (1)
- 书籍 (1)
- eclipse RCP (0)
- 数据库设计 (10)
- 软件分析建模 (5)
- 分析建模 (3)
- hibernate jpa (5)
- Java 获取系统信息,包括CPU使用率、硬盘大小、网卡状态、系统信息等 (1)
- 项目管理 (2)
- 财务 (0)
- oracle (2)
- 需求 (2)
- rcp gef (0)
- c++ (1)
- hadoop (2)
- BIGDATA (3)
- c (6)
最新评论
-
lh_kevin:
...
jpa 注解 -
一别梦心:
你好,我也遇到此问题了。就你贴的那段代码,你说了两种解决方式, ...
Hibernate的Antlr在Weblogic中产生Jar冲突的历史缘故以及解决办法 -
fireinjava:
...
el表达式 -
宋建勇:
...
JSON: property "xxx" has no getter method in class "..." -
handawei:
有道理,jpa是orm框架的java标准,它关注的是对象到关系 ...
jpa 注解
1 Java技术与Java虚拟机
说起Java,人们首先想到的是Java编程语言,然而事实上,Java是一种技术,它由四方面组成: Java编程语言、Java类文件格式、Java虚拟机和Java应用程序接口(Java API)。它们的关系如下图所示:
运行期环境代表着Java平台,开发人员编写Java代码(.java文件),然后将之编译成字节码(.class文件)。最后字节码被装入内存,一旦字节码进入虚拟机,它就会被解释器解释执行,或者是被即时代码发生器有选择的转换成机器码执行。从上图也可以看出Java平台由Java虚拟机和 Java应用程序接口搭建,Java语言则是进入这个平台的通道,用Java语言编写并编译的程序可以运行在这个平台上。这个平台的结构如下图所示:
在Java平台的结构中, 可以看出,Java虚拟机(JVM) 处在核心的位置,是程序与底层操作系统和硬件无关的关键。它的下方是移植接口,移植接口由两部分组成:适配器和Java操作系统, 其中依赖于平台的部分称为适配器;JVM 通过移植接口在具体的平台和操作系统上实现;在JVM 的上方是Java的基本类库和扩展类库以及它们的API, 利用Java API编写的应用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平台上运行而无需考虑底层平台, 就是因为有Java虚拟机(JVM)实现了程序与操作系统的分离,从而实现了Java 的平台无关性。
那么到底什么是Java虚拟机(JVM)呢?通常我们谈论JVM时,我们的意思可能是:
- 对JVM规范的的比较抽象的说明;
- 对JVM的具体实现;
- 在程序运行期间所生成的一个JVM实例。
对JVM规范的的抽象说明是一些概念的集合,它们已经在书《The Java Virtual Machine Specification》(《Java虚拟机规范》)中被详细地描述了;对JVM的具体实现要么是软件,要么是软件和硬件的组合,它已经被许多生产厂商所实现,并存在于多种平台之上;运行Java程序的任务由JVM的运行期实例单个承担。在本文中我们所讨论的Java虚拟机(JVM)主要针对第三种情况而言。它可以被看成一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现,有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还有自己相应的指令系统。
JVM在它的生存周期中有一个明确的任务,那就是运行Java程序,因此当Java程序启动的时候,就产生JVM的一个实例;当程序运行结束的时候,该实例也跟着消失了。下面我们从JVM的体系结构和它的运行过程这两个方面来对它进行比较深入的研究。
2 Java虚拟机的体系结构
刚才已经提到,JVM可以由不同的厂商来实现。由于厂商的不同必然导致JVM在实现上的一些不同,然而JVM还是可以实现跨平台的特性,这就要归功于设计JVM时的体系结构了。
我们知道,一个JVM实例的行为不光是它自己的事,还涉及到它的子系统、存储区域、数据类型和指令这些部分,它们描述了JVM的一个抽象的内部体系结构,其目的不光规定实现JVM时它内部的体系结构,更重要的是提供了一种方式,用于严格定义实现时的外部行为。每个JVM都有两种机制,一个是装载具有合适名称的类(类或是接口),叫做类装载子系统;另外的一个负责执行包含在已装载的类或接口中的指令,叫做运行引擎。每个JVM又包括方法区、堆、 Java栈、程序计数器和本地方法栈这五个部分,这几个部分和类装载机制与运行引擎机制一起组成的体系结构图为:
JVM的每个实例都有一个它自己的方法域和一个堆,运行于JVM内的所有的线程都共享这些区域;当虚拟机装载类文件的时候,它解析其中的二进制数据所包含的类信息,并把它们放到方法域中;当程序运行的时候,JVM把程序初始化的所有对象置于堆上;而每个线程创建的时候,都会拥有自己的程序计数器和 Java栈,其中程序计数器中的值指向下一条即将被执行的指令,线程的Java栈则存储为该线程调用Java方法的状态;本地方法调用的状态被存储在本地方法栈,该方法栈依赖于具体的实现。
下面分别对这几个部分进行说明。
执行引擎处于JVM的核心位置,在Java虚拟机规范中,它的行为是由指令集所决定的。尽管对于每条指令,规范很详细地说明了当JVM执行字节码遇到指令时,它的实现应该做什么,但对于怎么做却言之甚少。Java虚拟机支持大约248个字节码。每个字节码执行一种基本的CPU运算,例如,把一个整数加到寄存器,子程序转移等。Java指令集相当于Java程序的汇编语言。
Java指令集中的指令包含一个单字节的操作符,用于指定要执行的操作,还有0个或多个操作数,提供操作所需的参数或数据。许多指令没有操作数,仅由一个单字节的操作符构成。
虚拟机的内层循环的执行过程如下: do{ 取一个操作符字节; 根据操作符的值执行一个动作; }while(程序未结束)
由于指令系统的简单性,使得虚拟机执行的过程十分简单,从而有利于提高执行的效率。指令中操作数的数量和大小是由操作符决定的。如果操作数比一个字节大,那么它存储的顺序是高位字节优先。例如,一个16位的参数存放时占用两个字节,其值为:
第一个字节*256+第二个字节字节码。
指令流一般只是字节对齐的。指令tableswitch和lookup是例外,在这两条指令内部要求强制的4字节边界对齐。
对于本地方法接口,实现JVM并不要求一定要有它的支持,甚至可以完全没有。Sun公司实现Java本地接口(JNI)是出于可移植性的考虑,当然我们也可以设计出其它的本地接口来代替Sun公司的JNI。但是这些设计与实现是比较复杂的事情,需要确保垃圾回收器不会将那些正在被本地方法调用的对象释放掉。
Java的堆是一个运行时数据区,类的实例(对象)从中分配空间,它的管理是由垃圾回收来负责的:不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的垃圾回收算法,可以根据系统的需求使用各种各样的算法。
Java方法区与传统语言中的编译后代码或是Unix进程中的正文段类似。它保存方法代码(编译后的java代码)和符号表。在当前的Java实现中,方法代码不包括在垃圾回收堆中,但计划在将来的版本中实现。每个类文件包含了一个Java类或一个Java界面的编译后的代码。可以说类文件是 Java语言的执行代码文件。为了保证类文件的平台无关性,Java虚拟机规范中对类文件的格式也作了详细的说明。其具体细节请参考Sun公司的Java 虚拟机规范。
Java虚拟机的寄存器用于保存机器的运行状态,与微处理器中的某些专用寄存器类似。Java虚拟机的寄存器有四种:
- pc: Java程序计数器;
- optop: 指向操作数栈顶端的指针;
- frame: 指向当前执行方法的执行环境的指针;。
- vars: 指向当前执行方法的局部变量区第一个变量的指针。
在上述体系结构图中,我们所说的是第一种,即程序计数器,每个线程一旦被创建就拥有了自己的程序计数器。当线程执行Java方法的时候,它包含该线程正在被执行的指令的地址。但是若线程执行的是一个本地的方法,那么程序计数器的值就不会被定义。
Java虚拟机的栈有三个区域:局部变量区、运行环境区、操作数区。
局部变量区
每个Java方法使用一个固定大小的局部变量集。它们按照与vars寄存器的字偏移量来寻址。局部变量都是32位的。长整数和双精度浮点数占据了两个局部变量的空间,却按照第一个局部变量的索引来寻址。(例如,一个具有索引n的局部变量,如果是一个双精度浮点数,那么它实际占据了索引n和n+1所代表的存储空间)虚拟机规范并不要求在局部变量中的64位的值是64位对齐的。虚拟机提供了把局部变量中的值装载到操作数栈的指令,也提供了把操作数栈中的值写入局部变量的指令。
运行环境区
在运行环境中包含的信息用于动态链接,正常的方法返回以及异常捕捉。
动态链接
运行环境包括对指向当前类和当前方法的解释器符号表的指针,用于支持方法代码的动态链接。方法的class文件代码在引用要调用的方法和要访问的变量时使用符号。动态链接把符号形式的方法调用翻译成实际方法调用,装载必要的类以解释还没有定义的符号,并把变量访问翻译成与这些变量运行时的存储结构相应的偏移地址。动态链接方法和变量使得方法中使用的其它类的变化不会影响到本程序的代码。
正常的方法返回
如果当前方法正常地结束了,在执行了一条具有正确类型的返回指令时,调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的寄存器,并把调用者的程序计数器增加一个恰当的数值,以跳过已执行过的方法调用指令,然后在调用者的执行环境中继续执行下去。
异常捕捉
异常情况在Java中被称作Error(错误)或Exception(异常),是Throwable类的子类,在程序中的原因是:①动态链接错,如无法找到所需的class文件。②运行时错,如对一个空指针的引用。程序使用了throw语句。
当异常发生时,Java虚拟机采取如下措施:
- 检查与当前方法相联系的catch子句表。每个catch子句包含其有效指令范围,能够处理的异常类型,以及处理异常的代码块地址。
- 与异常相匹配的catch子句应该符合下面的条件:造成异常的指令在其指令范围之内,发生的异常类型是其能处理的异常类型的子类型。如果找到了匹配的catch子句,那么系统转移到指定的异常处理块处执行;如果没有找到异常处理块,重复寻找匹配的catch子句的过程,直到当前方法的所有嵌套的 catch子句都被检查过。
- 由于虚拟机从第一个匹配的catch子句处继续执行,所以catch子句表中的顺序是很重要的。因为Java代码是结构化的,因此总可以把某个方法的所有的异常处理器都按序排列到一个表中,对任意可能的程序计数器的值,都可以用线性的顺序找到合适的异常处理块,以处理在该程序计数器值下发生的异常情况。
- 如果找不到匹配的catch子句,那么当前方法得到一个"未截获异常"的结果并返回到当前方法的调用者,好像异常刚刚在其调用者中发生一样。如果在调用者中仍然没有找到相应的异常处理块,那么这种错误将被传播下去。如果错误被传播到最顶层,那么系统将调用一个缺省的异常处理块。
操作数栈区
机器指令只从操作数栈中取操作数,对它们进行操作,并把结果返回到栈中。选择栈结构的原因是:在只有少量寄存器或非通用寄存器的机器(如 Intel486)上,也能够高效地模拟虚拟机的行为。操作数栈是32位的。它用于给方法传递参数,并从方法接收结果,也用于支持操作的参数,并保存操作的结果。例如,iadd指令将两个整数相加。相加的两个整数应该是操作数栈顶的两个字。这两个字是由先前的指令压进堆栈的。这两个整数将从堆栈弹出、相加,并把结果压回到操作数栈中。
每个原始数据类型都有专门的指令对它们进行必须的操作。每个操作数在栈中需要一个存储位置,除了long和double型,它们需要两个位置。操作数只能被适用于其类型的操作符所操作。例如,压入两个int类型的数,如果把它们当作是一个long类型的数则是非法的。在Sun的虚拟机实现中,这个限制由字节码验证器强制实行。但是,有少数操作(操作符dupe和swap),用于对运行时数据区进行操作时是不考虑类型的。
本地方法栈,当一个线程调用本地方法时,它就不再受到虚拟机关于结构和安全限制方面的约束,它既可以访问虚拟机的运行期数据区,也可以使用本地处理器以及任何类型的栈。例如,本地栈是一个C语言的栈,那么当C程序调用C函数时,函数的参数以某种顺序被压入栈,结果则返回给调用函数。在实现Java虚拟机时,本地方法接口使用的是C语言的模型栈,那么它的本地方法栈的调度与使用则完全与C语言的栈相同。
3 Java虚拟机的运行过程
上面对虚拟机的各个部分进行了比较详细的说明,下面通过一个具体的例子来分析它的运行过程。
虚拟机通过调用某个指定类的方法main启动,传递给main一个字符串数组参数,使指定的类被装载,同时链接该类所使用的其它的类型,并且初始化它们。例如对于程序:
class HelloApp { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); for (int i = 0; i < args.length; i++ ) { System.out.println(args[i]); } } }
编译后在命令行模式下键入: java HelloApp run virtual machine
将通过调用HelloApp的方法main来启动java虚拟机,传递给main一个包含三个字符串"run"、"virtual"、"machine"的数组。现在我们略述虚拟机在执行HelloApp时可能采取的步骤。
开始试图执行类HelloApp的main方法,发现该类并没有被装载,也就是说虚拟机当前不包含该类的二进制代表,于是虚拟机使用 ClassLoader试图寻找这样的二进制代表。如果这个进程失败,则抛出一个异常。类被装载后同时在main方法被调用之前,必须对类 HelloApp与其它类型进行链接然后初始化。链接包含三个阶段:检验,准备和解析。检验检查被装载的主类的符号和语义,准备则创建类或接口的静态域以及把这些域初始化为标准的默认值,解析负责检查主类对其它类或接口的符号引用,在这一步它是可选的。类的初始化是对类中声明的静态初始化函数和静态域的初始化构造方法的执行。一个类在初始化之前它的父类必须被初始化。整个过程如下:
4 结束语
本文通过对JVM的体系结构的深入研究以及一个Java程序执行时虚拟机的运行过程的详细分析,意在剖析清楚Java虚拟机的机理。
发表评论
-
字符串,Volatile
2013-03-18 12:01 1120转载:http://www.ibm.com/de ... -
qian rushi
2012-12-01 10:13 0唐攀,华清远见高级研 ... -
110道 C语言 题目 超经典中的经典
2012-10-21 08:57 0... -
LOG4J
2012-08-07 10:34 1034long4j配置 转载:http://www.iteye. ... -
jpa 注解
2011-12-20 09:23 11821转:http://blog.csdn.net/gdweijin ... -
jna
2011-11-29 17:28 1525... -
eclipse设置
2011-11-16 08:45 864转:http://www.iteye.com/topic/11 ... -
深入分析 Java I/O 的工作机制
2011-11-14 08:57 888... -
java获得计算机信息
2011-10-29 13:03 1366采用singar.jar实现,需要将sigar-x86-win ... -
java内存机制
2011-10-24 13:01 1278转. Java内存机制详解 Ja ... -
缓存技术
2011-09-27 13:28 814一个培训的ppt,是介绍缓存知识的。有兴趣的可以参考:缓存技术 ... -
单点登录
2011-09-26 08:37 1595了解单点登录:: 可以使 ... -
继承和组合的关系
2011-08-18 09:17 904个人工作的感触: 首先框架的编写是难度很大,而工具 ... -
导入导出,创建databaselink
2011-08-10 15:56 2126pl/sql导出表结构和表 ... -
小结一下
2011-08-04 10:20 861觉得程序层面上是:数据类型(int long string) ... -
分析建模
2011-07-17 20:13 865系统建模与分析。 -
Java浮点数的精确计算
2011-06-27 16:10 988... -
异常系统
2011-05-31 17:19 707http://www.iteye.com/topic/7217 ... -
权限管理
2011-01-27 09:30 1331... -
jvisualvm
2011-01-11 21:09 907可以查看远程 本地的jvm 有两种方式 jmx jstatd ...
相关推荐
Java虚拟机(JVM)是Java程序运行的核心,它负责解释和执行字节码,为Java应用程序提供了一个跨平台的运行环境。JDK(Java Development Kit)包含了开发和运行Java程序所需的所有工具,包括JVM。当我们谈论"jdk,jvm...
标题中提到了JVM原理、JVM调优、JVM内存模型和JAVA并发,这些都是Java虚拟机(JVM)相关的核心概念。JVM是运行Java字节码的虚拟计算机,为Java提供了一个跨平台的环境,确保Java程序可以在不同的操作系统上运行而...
### JVM 详细介绍:掌握 JVM 的各个组成部分与功能 #### 一、Java 源文件编译及执行 Java 应用程序的核心在于源文件的编译与执行。不同于 C/C++ 这类需要针对不同平台进行编译的语言,Java 采用了一种更为灵活的...
SAP JVM 8.1 64位是一个专为SAP系统设计的Java虚拟机,它基于Oracle的Java Development Kit (JDK) 进行优化,以满足SAP应用程序的特定需求。SAP JVM旨在提高性能、可靠性和安全性,同时确保与SAP产品的无缝集成。...
JVM(Java Virtual Machine,Java虚拟机)是运行所有Java程序的假想计算机,是Java程序的运行环境,负责执行指令、管理数据、内存、寄存器等,是实现Java跨平台特性的关键部分。JVM指令手册详细记录了JVM的所有操作...
在Java开发领域,JVM(Java Virtual Machine)是运行所有Java程序的核心,它负责解析字节码并执行程序。深入理解JVM的内核原理、诊断技巧以及优化方法对于提升应用性能至关重要。本教程——“深入JVM内核—原理、...
### JVM必知必会知识点梳理 #### 1. JVM的定义与层次 Java虚拟机(JVM)具有多重含义: - **一套规范**:即Java虚拟机规范,定义了Java虚拟机应该具有的行为。 - **一种实现**:例如HotSpot、J9、JRockit,它们都是...
本系列课程从JVM基础到高级实战,老师手把手教你如何进行JVM调优,思路清晰,没有废话,旨在挑战高薪。 课程亮点: 1、基于阿里arthas进行JVM调优; 2、基于代码排查OOM问题,拒绝空讲; 3、总结JVM通用的调优思路;...
《深入JVM内核—原理、诊断与优化》是一份深度探索Java虚拟机(JVM)的视频教程,旨在帮助开发者全面理解JVM的工作机制,掌握性能诊断技巧,并能进行有效的优化。本教程覆盖了从基础到高级的JVM主题,不仅适用于Java...
R大作为国内JVM领域的权威专家,分享了一系列与JVM相关的知识点,涉及高级语言虚拟机的基础概念、重要书籍推荐、编译器设计与优化等多个方面。这些内容不仅对初学者友好,也为专业人士提供了深入理解JVM机制的机会。...
JVM(Java Virtual Machine)是Java程序运行的核心组件,它负责解释和执行字节码。然而,当JVM出现严重错误或无法恢复的问题时,它可能会崩溃并生成一个崩溃日志,这通常被称为`hs_err_pid.log`文件。这篇内容将深入...
JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。 引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台...
5. **JVM配置调整**:JProfiler11还可以提供JVM参数建议,帮助开发者正确设置JVM初始堆大小、最大堆大小、内存池等关键参数,确保应用程序稳定运行。 在实际使用中,JProfiler11的详细报告和可视化界面使得问题定位...
在这个压缩包中,"JVM图解.png"可能是对JVM内部结构的可视化表示,"JVM图解"可能是一个详细的文档,解释了JVM的工作原理,而"JVM指令手册 中文版"则提供了JVM可执行的所有指令的详细信息。下面,我们将深入探讨JVM的...
【狂神说JVM探究】是一份集合了多种格式的学习资料,主要涵盖了Java虚拟机(JVM)的基础知识。这份资料出自B站上的【狂神说Java】系列教程,为快速入门JVM提供了详实的笔记。以下是根据这些资源可能包含的一些关键...
Java虚拟机(JVM)是Java程序运行的基础,它是一个抽象的计算机系统,负责执行Java字节码。本文将深入探讨JVM的启动过程及其基本原理。 首先,我们需要理解JVM的基本概念。JVM是Java Virtual Machine的缩写,它是...
SAP JVM 4.1 64位是一个专为SAP系统设计的Java虚拟机,它主要用于运行SAP的应用程序和服务。此版本是为64位操作系统优化的,旨在提供更好的性能和内存管理能力,特别是在处理大数据量和复杂计算场景时。 首先,我们...
### 马士兵JVM调优笔记知识点梳理 #### 一、Java内存结构 Java程序运行时,其内存被划分为几个不同的区域,包括堆内存(Heap)、方法区(Method Area)、栈(Stack)、程序计数器(Program Counter Register)以及...
【JVM运行机制详解】 Java虚拟机(JVM)是Java平台的核心组成部分,它负责执行字节码,为Java程序提供跨平台的运行环境。在深入理解JVM内核的运行机制时,我们需要关注以下几个关键点: 1. **类加载机制**:JVM...
### Java虚拟机(JVM)内存设置与调优详解 #### 引言 在现代软件开发中,Java虚拟机(JVM)作为执行Java字节码的核心组件,其性能直接影响到Java应用的运行效率与稳定性。特别是在大数据处理场景下,合理设置JVM内存...