JVM运行数据区域

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二、运行数据区域

Runtime Data Areas：当运行一个JVM示例时，系统将分配给它一块内存区域（这块内存区域的大小可以设置的），这一内存区域由JVM自己来管理。从这一块内存中分出一块用来存储一些运行数据，例如创建的对象，传递给方法的参数，局部变量，返回值等等。分出来的这一块就称为运行数据区域。运行数据区域可以划分为6大块：Java栈、程序计数寄存器（PC寄存器）、本地方法栈（Native Method Stack）、Java堆、方法区域、运行常量池（Runtime Constant Pool）。运行常量池本应该属于方法区，但是由于其重要性，JVM规范将其独立出来说明。其中，前面3各区域（PC寄存器、Java栈、本地方法栈）是每个线程独自拥有的，后三者则是整个JVM实例中的所有线程共有的。这六大块如下图所示：



》PC计数器：

每一个线程都拥有一个PC计数器，当线程启动（start）时，PC计数器被创建，这个计数器存放当前正在被执行的字节码指令（JVM指令）的地址。

》Java栈：

同样的，Java栈也是每个线程单独拥有，线程启动时创建。这个栈中存放着一系列的栈帧（Stack Frame），JVM只能进行压入（Push）和弹出（Pop）栈帧这两种操作。每当调用一个方法时，JVM就往栈里压入一个栈帧，方法结束返回时弹出栈帧。如果方法执行时出现异常，可以调用printStackTrace等方法来查看栈的情况。栈的示意图如下：



OK。现在我们再来详细看看每一个栈帧中都放着什么东西。从示意图很容易看出，每个栈帧包含三个部分：本地变量数组，操作数栈，方法所属类的常量池引用。

》局部（本地）变量数组：

局部（本地）变量数组中，从0开始按顺序存放方法所属对象的引用、传递给方法的参数、局部变量。举个例子：

[java] view
plain copy

public void doSomething(int a, double b, Object o) {  

...  

}  

这个方法的栈帧中的局部变量存储的内容分别是：

[java] view
plain copy

0: this  

1: a  

2,3:b  

4:0  

看仔细了，其中double类型的b需要两个连续的索引。取值的时候，取出的是2这个索引中的值。如果是静态方法，则数组第0个不存放this引用，而是直接存储传递的参数。

》操作数栈：

操作数栈中存放方法执行时的一些中间变量，JVM在执行方法时压入或者弹出这些变量。其实，操作数栈是方法真正工作的地方，执行方法时，局部变量数组与操作数栈根据方法定义进行数据交换。例如，执行以下代码时，操作数栈的情况如下：

[java] view
plain copy

int a = 90;  

int b = 10;  

int c = a + b;  



注意在这个图中，操作数栈的地步是在上边，所以先压入的100位于上方。可以看出，操作数栈其实是一个数据临时存储区，存放一些中间变量，方法结束了，操作数栈也就没有啦。

》栈帧中数据引用：

除了局部变量数组和操作数栈之外，栈帧还需要一个常量池的引用。当JVM执行到需要常量池的数据时，就是通过这个引用来访问常量池的。栈帧中的数据还要负责处理方法的返回和异常。如果通过return返回，则将该方法的栈帧从Java栈中弹出。如果方法有返回值，则将返回值压入到调用该方法的方法的操作数栈中。另外，数据区中还保存中该方法可能的异常表的引用。下面的例子用来说明：

[java] view
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class Example3C{  

    public static void addAndPrint(){  

        double result = addTwoTypes(1,88.88);  

        System.out.println(result);  

    }  

    public static double addTwoTypes(int i, double d){  

    return i+d;  

    }  

  

}  

执行上述代码时，Java栈如下图所示：



花些时间好好研究上图。一样需要注意的是，栈的底部在上方，先押人员addAndPrint方法的栈帧，再压入addTwoTypes方法的栈帧。上图最右边的文字说明有错误，应该是addTwoTypes的执行结果存放在addAndPrint的操作数栈中。

》》本地方法栈

当程序通过JNI（Java Native Interface）调用本地方法（如C或者C++代码）时，就根据本地方法的语言类型建立相应的栈。

》》方法区域

方法区域是一个JVM实例中的所有线程共享的，当启动一个JVM实例时，方法区域被创建。它用于存运行放常量池、有关域和方法的信息、静态变量、类和方法的字节码。不同的JVM实现方式在实现方法区域的时候会有所区别。Oracle的HotSpot称之为永久区域（Permanent
Area）或者永久代（Permanent Generation）。

》》运行常量池

这个区域存放类和接口的常量，除此之外，它还存放方法和域的所有引用。当一个方法或者域被引用的时候，JVM就通过运行常量池中的这些引用来查找方法和域在内存中的的实际地址。

》》堆（Heap）

堆中存放的是程序创建的对象或者实例。这个区域对JVM的性能影响很大。垃圾回收机制处理的正是这一块内存区域。

所以，类加载器加载其实就是根据编译后的Class文件，将java字节码载入JVM内存，并完成对运行数据处于的初始化工作，供执行引擎执行。

三、 执行引擎（Execution  Engine）

类加载器将字节码载入内存之后，执行引擎以Java 字节码指令为但愿，读取Java字节码。问题是，现在的java字节码机器是读不懂的，因此还必须想办法将字节码转化成平台相关的机器码。这个过程可以由解释器来执行，也可以有即时编译器（JIT Compiler）来完成。