編輯“JVM”（章節(jié)）

==規(guī)格描述==  
JVM的設(shè)計目標是提供一個基于抽象規(guī)格描述的計算機模型，為解釋程序開發(fā)人員提范的任何系統(tǒng)上運行。JVM對其實現(xiàn)的某些方面給出了具體的定義，特別是對Java可執(zhí)行代碼，即字節(jié)碼(Bytecode)的格式給出了明確的規(guī)格。這一規(guī)格包括操作碼和操作數(shù)的語法和數(shù)值、標識符的數(shù)值表示方式、以及Java類文件中的Java對象、常量緩沖池在JVM的存儲映象。這些定義為JVM解釋器開發(fā)人員提供了所需的信息和開發(fā)環(huán)境。Java的設(shè)計者希望給開發(fā)人員以隨心所欲使用Java的自由。 　　　　

JVM定義了控制Java代碼解釋執(zhí)行和具體實現(xiàn)的五種規(guī)格，它們是： 　　
*JVM指令系統(tǒng) 　　
*JVM寄存器 　　
*JVM棧結(jié)構(gòu) 　　
*JVM碎片回收堆 　　
*JVM存儲區(qū)

===指令系統(tǒng)===
JVM指令系統(tǒng)同其他計算機的指令系統(tǒng)極其相似。Java指令也是由 操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼為8位[[二進制]]數(shù)，操作數(shù)進緊隨在操作碼的后面，其長度根據(jù)需要而不同。操作碼用于指定一條指令操作的性質(zhì)（在這里采用匯編符號的形式進行說明），如iload表示從存儲器中裝入一個整數(shù)，anewarray表示為一個新數(shù)組分配空間，iand表示兩個整數(shù)的“與”，ret用于流程控制，表示從對某一方法的調(diào)用中返回。

當長度大于8位時，操作數(shù)被分為兩個以上字節(jié)存放。JVM采用了"big endian"的編碼方式來處理這種情況，即高位bits存放在低字節(jié)中。這同 Motorola及其他的RISC CPU采用的編碼方式是一致的，而與[[Intel]]采用的“l(fā)ittle endian”的編碼方式即低位bits存放在低位字節(jié)的方法不同。

Java指令系統(tǒng)是以Java語言的實現(xiàn)為目的設(shè)計的，其中包含了用于調(diào)用方法和監(jiān)視多先程系統(tǒng)的指令。Java的8位操作碼的長度使得JVM最多有256種指令，已使用了160多種操作碼。

===寄存器 ===
所有的[[CPU]]均包含用于保存系統(tǒng)狀態(tài)和處理器所需信息的寄存器組。如果虛擬機定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對?；騼?nèi)存進行訪問，這有利于提高運行速度。然而，如果虛擬機中的寄存器比實際CPU的寄存器多，在實現(xiàn)虛擬機時就會占用處理器大量的時間來用常規(guī)存儲器模擬寄存器，這反而會降低虛擬機的效率。針對這種情況，JVM只設(shè)置了4個最為常用的寄存器。它們是： 
*pc程序計數(shù)器 
*optop操作數(shù)棧頂指針 
*frame當前執(zhí)行環(huán)境指針 
*vars指向當前執(zhí)行環(huán)境中第一個局部變量的指針所有寄存器均為32位。pc用于記錄程序的執(zhí)行。optop，frame和vars用于記錄指向Java棧區(qū)的指針

===棧結(jié)構(gòu)===
作為基于棧結(jié)構(gòu)的計算機，Java棧是JVM存儲信息的主要方法。當JVM得到一個Java字節(jié)碼[[應(yīng)用程序]]后，便為該代碼中一個類的每一個方法創(chuàng)建一個棧框架，以保存該方法的狀態(tài)信息。每個棧框架包括以下三類信息：
*局部變量 
*執(zhí)行環(huán)境 
*操作數(shù)棧
局部變量用于存儲一個類的方法中所用到的局部變量。vars寄存器指向該變量表中的第一個局部變量。

執(zhí)行環(huán)境用于保存解釋器對Java字節(jié)碼進行解釋過程中所需的信息。它們是：上次調(diào)用的方法、局部變量指針和操作數(shù)棧的棧頂和棧底指針。執(zhí)行環(huán)境是一個執(zhí)行一個方法的控制中心。例如：如果解釋器要執(zhí)行iadd(整數(shù)加法)，首先要從frame寄存器中找到當前執(zhí)行環(huán)境，而后便從執(zhí)行環(huán)境中找到操作數(shù)棧，從棧頂彈出兩個整數(shù)進行加法運算，最后將結(jié)果壓入棧頂。

操作數(shù)棧用于存儲運算所需操作數(shù)及運算的結(jié)果

===碎片回收堆===  
Java類的實例所需的存儲空間是在堆上分配的。解釋器具體承擔為類實例分配空間的工作。解釋器在為一個實例分配完存儲空間后，便開始記錄對該實例所占用的[[內(nèi)存]]區(qū)域的使用。一旦對象使用完畢，便將其回收到堆中。

在Java語言中，除了new語句外沒有其他方法為一對象申請和釋放內(nèi)存。對內(nèi)存進行釋放和回收的工作是由Java運行系統(tǒng)承擔的。這允許Java運行系統(tǒng)的設(shè)計者自己決定碎片回收的方法。在SUN公司開發(fā)的Java解釋器和Hot Java環(huán)境中，碎片回收用后臺[[線程]]的方式來執(zhí)行。這不但為運行系統(tǒng)提供了良好的性能，而且使程序設(shè)計人員擺脫了自己控制內(nèi)存使用的風險。

===存儲區(qū)===
JVM有兩類存儲區(qū)：常量緩沖池和方法區(qū)。常量緩沖池用于存儲類名稱、方法和字段名稱以及串常量。方法區(qū)則用于存儲Java方法的字節(jié)碼。對于這兩種存儲區(qū)域具體實現(xiàn)方式在JVM規(guī)格中沒有明確規(guī)定。這使得Java應(yīng)用程序的存儲布局必須在運行過程中確定，依賴于具體平臺的實現(xiàn)方式。
 
JVM是為Java字節(jié)碼定義的一種獨立于具體平臺的規(guī)格描述，是Java平臺獨立性的基礎(chǔ)。JVM還存在一些限制和不足，有待于進一步的完善，但無論如何，JVM的思想是成功的。

對比分析：如果把Java原程序想象成C++原程序，Java原程序編譯后生成的字節(jié)碼就相當于[[C＋＋]]原程序編譯后的80x86的機器碼（二進制程序文件），JVM虛擬機相當于80x86計算機系統(tǒng)，Java解釋器相當于80x86CPU。在80x86CPU上運行的是機器碼，在Java解釋器上運行的是Java字節(jié)碼。

Java解釋器相當于運行Java字節(jié)碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬件實現(xiàn)的，而是用軟件實現(xiàn)的。Java解釋器實際上就是特定的平臺下的一個應(yīng)用程序。只要實現(xiàn)了特定平臺下的解釋器程序，Java字節(jié)碼就能通過解釋器程序在該平臺下運行，這是Java跨平臺的根本。當前，并不是在所有的平臺下都有相應(yīng)Java解釋器程序，這也是Java并不能在所有的平臺下都能運行的原因，它只能在已實現(xiàn)了Java解釋器程序的平臺下運行。