Java虚拟机定义详解编程语言

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虚拟机安装方法[2]

下载解压： 下载j2sdk-1_4_2_05-linux-i586.bin随便放到一个目录里，
比如/tmp。 在
终端里输入：sh j2sdk-1_4_2_05-linux-i586.bin回车 之后会出现一堆
软件说明，按回车n次直到问你yes or no，当然回答yes，输入y，回车后开始
解压缩。 完成之后，在/tmp里就会出现一个名为j2sdk1.4.2_05的文件夹。 安装： 安装很简单：将j2sdk1.4.2_05文件夹复制到/usr目录里。 设置
环境变量： 只有设置好
环境变量，系统才能调用java
虚拟环境 打开/etc/profile文件，在相关位置中加入： export JAVA_HOME=/usr/j2sdk1.4.2_05 export PATH=/usr/j2sdk1.4.2_05/bin:$PATH export CLASSPATH=/usr/j2sdk1.4.2_05/lib:/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/lib:.: 保存 设置中文
字体： 注意：下面涉及到的文件请先备份，以防万一！ 进入/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/lib/文件夹 删除里面所有带.zn的文档，只留下font.properties.zh文档。 安装simsun
字体如果不喜欢simsun可以不装。 编辑font.properties.zh，将所有-tlc-song-medium-r-normal *-%d-*-*-c-*-gbk-0 替换成： -misc-simsun-medium-r-normal *-%d-*-*-c-*-gbk-0（如果没装simsun
字体，可以将-simsun-那里改成你喜欢的字体，前提是该字体在系统中存在） 之后在
终端中转到目录/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/bin/下 输入命令： ./ControlPanel回车

6数据类型编辑 Java
虚拟机支持Java语言的基本数据类型有8种，注意String不是基本数据类型如下： boolean://1字节有符号整数的补码 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 几乎所有的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。

7规格描述编辑 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 JVM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（在这里我们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线程系统的指令。Java的8位
操作码的长度使得JVM最多有256种指令，java1.6及以上版本已使用了160多种操作码。 JVM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。 JVM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。 JVM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。 JVM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。尽管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原程序想象成我们的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80 86的
机器码（二进制
程序文件），JVM
虚拟机相当于80 86
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。

8体系结构编辑 Java
虚拟机由五个部分组成：一组
指令集、一组
寄存器、一个
栈、一个无用单元收集堆(Garbage-collected-heap）、一个方法区域。这五部分是Java
虚拟机的逻辑成份，不依赖任何实现技术或组织方式，但它们的功能必须在真实机器上以某种方式实现。 Java指令集 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tabltch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。 寄存器 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。 栈 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。 ⑴
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。 ⑵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
异常传播。 ·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。 ·异常和错误传播 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，那么这种错误传播将被继续下去。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。 ⑶
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。 无用单元收集堆 Java的堆是一个运行时数据区，类的实例（对象）从中分配空间。Java语言具有无用单元收集能力：它不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的无用单元收集算法，可以根据系统的需求使用各种各样的算法。 方法区 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，方法代码不包括在无用单元收集堆中，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。

9运行过程编辑 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： public 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); } } } 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：

10参数说明编辑 一、运行
class文件
PackageTest.java及编译后的
class文件PackageTest.class的存放目录如下：
当一台机器上有多个jdk版本时，需要知道当前使用的是那个版本的jdk，使用参数-version即可知道其版本，命令行为：
对于tomcat，可以修改其
脚本catalina. sh（Unix平台）或catalina.bat（Windows平台），设置
变量JAVA_OPTS即可，例如：