編輯“JVM”（章節(jié)）

==規(guī)格描述==  
JVM的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一個(gè)基于抽象規(guī)格描述的計(jì)算機(jī)模型，為解釋程序開發(fā)人員提范的任何系統(tǒng)上運(yùn)行。JVM對(duì)其實(shí)現(xiàn)的某些方面給出了具體的定義，特別是對(duì)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(biāo)識(shí)符的數(shù)值表示方式、以及Java類文件中的Java對(duì)象、常量緩沖池在JVM的存儲(chǔ)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(jì)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(shí)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(chǔ)區(qū)

===指令系統(tǒng)===
JVM指令系統(tǒng)同其他計(jì)算機(jī)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(jìn)制]]數(shù)，操作數(shù)進(jìn)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(hào)的形式進(jìn)行說明），如iload表示從存儲(chǔ)器中裝入一個(gè)整數(shù)，anewarray表示為一個(gè)新數(shù)組分配空間，iand表示兩個(gè)整數(shù)的“與”，ret用于流程控制，表示從對(duì)某一方法的調(diào)用中返回。

當(dāng)長度大于8位時(shí)，操作數(shù)被分為兩個(gè)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(shí)現(xiàn)為目的設(shè)計(jì)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(jī)定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對(duì)棧或內(nèi)存進(jìn)行訪問，這有利于提高運(yùn)行速度。然而，如果虛擬機(jī)中的寄存器比實(shí)際CPU的寄存器多，在實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)時(shí)就會(huì)占用處理器大量的時(shí)間來用常規(guī)存儲(chǔ)器模擬寄存器，這反而會(huì)降低虛擬機(jī)的效率。針對(duì)這種情況，JVM只設(shè)置了4個(gè)最為常用的寄存器。它們是： 
*pc程序計(jì)數(shù)器 
*optop操作數(shù)棧頂指針 
*frame當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境指針 
*vars指向當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境中第一個(gè)局部變量的指針?biāo)屑拇嫫骶鶠?2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(jì)算機(jī)，Java棧是JVM存儲(chǔ)信息的主要方法。當(dāng)JVM得到一個(gè)Java字節(jié)碼[[應(yīng)用程序]]后，便為該代碼中一個(gè)類的每一個(gè)方法創(chuàng)建一個(gè)?？蚣?，以保存該方法的狀態(tài)信息。每個(gè)?？蚣馨ㄒ韵氯愋畔ⅲ?*局部變量 
*執(zhí)行環(huán)境 
*操作數(shù)棧
局部變量用于存儲(chǔ)一個(gè)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(gè)局部變量。

執(zhí)行環(huán)境用于保存解釋器對(duì)Java字節(jié)碼進(jìn)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(gè)執(zhí)行一個(gè)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(dāng)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(gè)整數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，最后將結(jié)果壓入棧頂。

操作數(shù)棧用于存儲(chǔ)運(yùn)算所需操作數(shù)及運(yùn)算的結(jié)果

===碎片回收堆===  
Java類的實(shí)例所需的存儲(chǔ)空間是在堆上分配的。解釋器具體承擔(dān)為類實(shí)例分配空間的工作。解釋器在為一個(gè)實(shí)例分配完存儲(chǔ)空間后，便開始記錄對(duì)該實(shí)例所占用的[[內(nèi)存]]區(qū)域的使用。一旦對(duì)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(duì)象申請(qǐng)和釋放內(nèi)存。對(duì)內(nèi)存進(jìn)行釋放和回收的工作是由Java運(yùn)行系統(tǒng)承擔(dān)的。這允許Java運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(tái)[[線程]]的方式來執(zhí)行。這不但為運(yùn)行系統(tǒng)提供了良好的性能，而且使程序設(shè)計(jì)人員擺脫了自己控制內(nèi)存使用的風(fēng)險(xiǎn)。

===存儲(chǔ)區(qū)===
JVM有兩類存儲(chǔ)區(qū)：常量緩沖池和方法區(qū)。常量緩沖池用于存儲(chǔ)類名稱、方法和字段名稱以及串常量。方法區(qū)則用于存儲(chǔ)Java方法的字節(jié)碼。對(duì)于這兩種存儲(chǔ)區(qū)域具體實(shí)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(chǔ)布局必須在運(yùn)行過程中確定，依賴于具體平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方式。
 
JVM是為Java字節(jié)碼定義的一種獨(dú)立于具體平臺(tái)的規(guī)格描述，是Java平臺(tái)獨(dú)立性的基礎(chǔ)。JVM還存在一些限制和不足，有待于進(jìn)一步的完善，但無論如何，JVM的思想是成功的。

對(duì)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(dāng)于[[C＋＋]]原程序編譯后的80x86的機(jī)器碼（二進(jìn)制程序文件），JVM虛擬機(jī)相當(dāng)于80x86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，Java解釋器相當(dāng)于80x86CPU。在80x86CPU上運(yùn)行的是機(jī)器碼，在Java解釋器上運(yùn)行的是Java字節(jié)碼。

Java解釋器相當(dāng)于運(yùn)行Java字節(jié)碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬件實(shí)現(xiàn)的，而是用軟件實(shí)現(xiàn)的。Java解釋器實(shí)際上就是特定的平臺(tái)下的一個(gè)應(yīng)用程序。只要實(shí)現(xiàn)了特定平臺(tái)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(tái)下運(yùn)行，這是Java跨平臺(tái)的根本。當(dāng)前，并不是在所有的平臺(tái)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(tái)下都能運(yùn)行的原因，它只能在已實(shí)現(xiàn)了Java解釋器程序的平臺(tái)下運(yùn)行。