编辑“JVM”

[[Image:Jvm 2.jpg|right|frame|JVM]]
'''JVM'''（Java Virtual Machine）,即[[Java]]虚拟机，又名爪哇虚拟器，是一个虚构出来的计算机，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。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。

JVM屏蔽了与具体[[操作系统]]平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标[[代码]]（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

==简介==
[[Image:JVM 1.jpg|right|400px|thumb|<center>JVM</center>]]
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的[[高级语言]]如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。

Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码)，就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

Java虚拟机是Java语言底层实现的基础，对Java语言感兴趣的人都应对Java虚拟机有个大概的了解。这有助于理解Java语言的一些性质，也有助于使用Java语言。对于要在特定平台上实现Java虚拟机的[[软件]]人员，Java语言的编译器作者以及要用[[硬件]]芯片实现Java虚拟机的人来说，则必须深刻理解Java虚拟机的规范。另外，如果你想扩展Java语言，或是把其它语言编译成Java语言的字节码，你也需要深入地了解Java虚拟机。

JVM(Java虚拟机)一种用于计算设备的规范，可用不同的方式（软件或硬件）加以实现。编译虚拟机的指令集与编译微处理器的指令集非常类似。Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。

Java虚拟机(JVM)是可运行Java代码的假想计算机。只要根据JVM规格描述将解释器移植到特定的计算机上，就能保证经过编译的任何Java代码能够在该系统上运行。

Java虚拟机是一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现。Java虚拟机有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。

==数据类型== 
[[Image:JVM 3.gif|right]]
Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型如下：
*byte：//1字节有符号整数的补码 
*short：//2字节有符号整数的补码 
*int：//4字节有符号整数的补码 
*long：//8字节有符号整数的补码 
*float：//4字节IEEE754单精度浮点数 
*double：//8字节IEEE754双精度浮点数 
*char：//2字节无符号Unicode字符
Java类型检查都是在编译时完成的。上面列出的原始数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记。操作这些原始[[数据]]类型数据的字节码(指令)本身就已经指出了操作数的数据类型，例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把两个数相加，其操作数类型别是int、long、float和double。

虚拟机没有给boolean(布尔)类型设置单独的指令。boolean型的数据是由integer指令，包括integer返回来处理的。boolean型的数组则是用byte数组来处理的。虚拟机使用IEEE754格式的浮点数。不支持IEEE格式的较旧的计算机，在运行Java数值计算程序时，可能会非常慢。

虚拟机支持的其它数据类型包括： 
*object//对一个Javaobject(对象)的4字节引用 
*returnAddress//4字节，用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令
注：Java数组被当作object处理。

虚拟机的规范对于object内部的结构没有任何特殊的要求。在[[Sun]]公司的实现中，对object的引用是一个句柄，其中包含一对指针：一个指针指向该object的方法表，另一个指向该object的数据。用Java虚拟机的字节码表示的程序应该遵守类型规定。Java虚拟机的实现应拒绝执行违反了类型规定的字节码程序。Java虚拟机由于字节码定义的限制似乎只能运行于32位地址空间的机器上。

但是可以创建一个Java虚拟机，它自动地把字节码转换成64位的形式。从Java虚拟机支持的数据类型可以看出，Java对数据类型的内部格式进行了严格规定，这样使得各种Java虚拟机的实现对数据的解释是相同的，从而保证了Java的与平台无关性和可移植性。

==规格描述==  
JVM的设计目标是提供一个基于抽象规格描述的计算机模型，为解释程序开发人员提范的任何系统上运行。JVM对其实现的某些方面给出了具体的定义，特别是对Java可执行代码，即字节码(Bytecode)的格式给出了明确的规格。这一规格包括操作码和操作数的语法和数值、标识符的数值表示方式、以及Java类文件中的Java对象、常量缓冲池在JVM的存储映象。这些定义为JVM解释器开发人员提供了所需的信息和开发环境。Java的设计者希望给开发人员以随心所欲使用Java的自由。 　　　　

JVM定义了控制Java代码解释执行和具体实现的五种规格，它们是： 　　
*JVM指令系统 　　
*JVM寄存器 　　
*JVM栈结构 　　
*JVM碎片回收堆 　　
*JVM存储区

===指令系统===
JVM指令系统同其他计算机的指令系统极其相似。Java指令也是由 操作码和操作数两部分组成。操作码为8位[[二进制]]数，操作数进紧随在操作码的后面，其长度根据需要而不同。操作码用于指定一条指令操作的性质（在这里采用汇编符号的形式进行说明），如iload表示从存储器中装入一个整数，anewarray表示为一个新数组分配空间，iand表示两个整数的“与”，ret用于流程控制，表示从对某一方法的调用中返回。

当长度大于8位时，操作数被分为两个以上字节存放。JVM采用了"big endian"的编码方式来处理这种情况，即高位bits存放在低字节中。这同 Motorola及其他的RISC CPU采用的编码方式是一致的，而与[[Intel]]采用的“little endian”的编码方式即低位bits存放在低位字节的方法不同。

Java指令系统是以Java语言的实现为目的设计的，其中包含了用于调用方法和监视多先程系统的指令。Java的8位操作码的长度使得JVM最多有256种指令，已使用了160多种操作码。

===寄存器 ===
所有的[[CPU]]均包含用于保存系统状态和处理器所需信息的寄存器组。如果虚拟机定义较多的寄存器，便可以从中得到更多的信息而不必对栈或内存进行访问，这有利于提高运行速度。然而，如果虚拟机中的寄存器比实际CPU的寄存器多，在实现虚拟机时就会占用处理器大量的时间来用常规存储器模拟寄存器，这反而会降低虚拟机的效率。针对这种情况，JVM只设置了4个最为常用的寄存器。它们是： 
*pc程序计数器 
*optop操作数栈顶指针 
*frame当前执行环境指针 
*vars指向当前执行环境中第一个局部变量的指针所有寄存器均为32位。pc用于记录程序的执行。optop，frame和vars用于记录指向Java栈区的指针

===栈结构===
作为基于栈结构的计算机，Java栈是JVM存储信息的主要方法。当JVM得到一个Java字节码[[应用程序]]后，便为该代码中一个类的每一个方法创建一个栈框架，以保存该方法的状态信息。每个栈框架包括以下三类信息：
*局部变量 
*执行环境 
*操作数栈
局部变量用于存储一个类的方法中所用到的局部变量。vars寄存器指向该变量表中的第一个局部变量。

执行环境用于保存解释器对Java字节码进行解释过程中所需的信息。它们是：上次调用的方法、局部变量指针和操作数栈的栈顶和栈底指针。执行环境是一个执行一个方法的控制中心。例如：如果解释器要执行iadd(整数加法)，首先要从frame寄存器中找到当前执行环境，而后便从执行环境中找到操作数栈，从栈顶弹出两个整数进行加法运算，最后将结果压入栈顶。

操作数栈用于存储运算所需操作数及运算的结果

===碎片回收堆===  
Java类的实例所需的存储空间是在堆上分配的。解释器具体承担为类实例分配空间的工作。解释器在为一个实例分配完存储空间后，便开始记录对该实例所占用的[[内存]]区域的使用。一旦对象使用完毕，便将其回收到堆中。

在Java语言中，除了new语句外没有其他方法为一对象申请和释放内存。对内存进行释放和回收的工作是由Java运行系统承担的。这允许Java运行系统的设计者自己决定碎片回收的方法。在SUN公司开发的Java解释器和Hot Java环境中，碎片回收用后台[[线程]]的方式来执行。这不但为运行系统提供了良好的性能，而且使程序设计人员摆脱了自己控制内存使用的风险。

===存储区===
JVM有两类存储区：常量缓冲池和方法区。常量缓冲池用于存储类名称、方法和字段名称以及串常量。方法区则用于存储Java方法的字节码。对于这两种存储区域具体实现方式在JVM规格中没有明确规定。这使得Java应用程序的存储布局必须在运行过程中确定，依赖于具体平台的实现方式。
 
JVM是为Java字节码定义的一种独立于具体平台的规格描述，是Java平台独立性的基础。JVM还存在一些限制和不足，有待于进一步的完善，但无论如何，JVM的思想是成功的。

对比分析：如果把Java原程序想象成C++原程序，Java原程序编译后生成的字节码就相当于[[C＋＋]]原程序编译后的80x86的机器码（二进制程序文件），JVM虚拟机相当于80x86计算机系统，Java解释器相当于80x86CPU。在80x86CPU上运行的是机器码，在Java解释器上运行的是Java字节码。

Java解释器相当于运行Java字节码的“CPU”，但该“CPU”不是通过硬件实现的，而是用软件实现的。Java解释器实际上就是特定的平台下的一个应用程序。只要实现了特定平台下的解释器程序，Java字节码就能通过解释器程序在该平台下运行，这是Java跨平台的根本。当前，并不是在所有的平台下都有相应Java解释器程序，这也是Java并不能在所有的平台下都能运行的原因，它只能在已实现了Java解释器程序的平台下运行。

==JVM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：
<pre>　　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);
　　}
　　}
　　}</pre>
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：

[[Image:Jvm 5.jpg|JAVA虚拟机的运行过程]]

==相关条目==
*[[JRuby]]
*[[VMware]]

==参考来源==
*http://baike.baidu.com/view/160708.htm
*http://zh.wikipedia.org/zh-cn/JVM
*http://www.hudong.com/wiki/JVM

[[category:JAVA|J]]
[[category:虚拟机|J]]