JVMS3总结之JVM基本结构

数据类型：

主要分为两种类型的数据: primitive types(基本类型) and reference types(引用类型)

 

基本类型：

• byte ：2个bit有符号的二进制补码整数，范围-128 to 127

• short ：16个bit有符号的二进制补码整数，范围-128 to 127 

• int ：32个bit有符号的二进制补码整数，范围−2147483648 to 2147483647 

• long ：64个bit有符号二进制补码整数，范围−9223372036854775808 to 9223372036854775807

• char ：16个bit无符号二进制补码整数表示的UTF16字符单元,范围 0 to 65535

• float, whose values are elements of the float value set or, where supported,the float-extended-exponent value set

• double, whose values are elements of the double value set or, where supported,the double-extended-exponent value set

•boolean : true and false. 

　　　JVM中没有直接操作boolean类型的指令，是先将boolean编译为int类型后才进行操作。对于boolean数组,JVM将其编译为byte数组进行操作。

•returnAddress : JVM指令的操作码的指针。是唯一不在Java语言规范中出现的JVM基本类型。

 

引用类型：

　　引用类型只有三种：类、数组、接口， null是所有的类型的子类型。

 

运行时数据区(Runtime Data Area):

　　PC Register: 每个Java线程都有属于自己的PC register，如果正在执行的代码属于非native method，则pc register储存着该线程当前正在执行的指令的地址。如果为native method，则JVM Specification不对该PC register的值进行定义。

 

　　Stack ： 每个Java进程有属于自己的私有栈(stack), 栈中存放的是frame(帧). 

　　　　如果线程的栈超过了JVM规定的大小，则会抛出StackOverflowError，比如过多的递归调用则会出现该错误。

　　　　Stack是动态增长的，如果增长时请求不到足够的内存，则会抛出OutOfMemoryError.

 

　　Heap ：每个JVM启动时都会创建一个堆，heap存放的是所有的类实例和数组，heap被所有的thread共享。heap中的数据只能被GC回收。当创建新对象(数组)内存不足时，将抛出OutOfMemoryError

 

　　Method Area : 方法区被所有的线程共享。存储每个类的结构、常量池、类字段、方法数据、方法和constructor的代码。虚拟机规范指出 Method Area是heap的逻辑部分。因此有说法Sun的jvm是使用Heap的持久区来实现Method Area。当加载新类且内存不足，抛出OutOfMemoryError

 

　　Runtime Constant Pool :

　　　　在JVM运行时，运行时常量池存储多种数据，其中就包含以下几种：1, 在编译时即确定的数值型字面量 2, 运行才能确定的常量的字段引用(field references)，比如String str="abc"; “abc”在加载该类时会加载到heap中，此时常量池中将会持有该对象的引用。运行时常量池属于Method Area.

 

　　Native Method Stacks

　　　　本地方法栈和Stack类似，不过仅仅是为native method服务而已。同样可能抛出StackOverflowError 和 OutOfMemoryError

 

Frame :

　　frame用来存储数据、和中间结果、方法的返回值和分发异常。

　　当执行一个新方法时，将会创建一个新的帧，当方法结束时，帧也就被销毁。

　　帧是由线程的栈分配出来。帧包含本地变量、私有的操作栈、当前类的常量池。

　　正在执行的方法所对应的帧称为当前帧(current frame)，当方法结束时，当前帧被销毁，执行指令回到前一帧，则前一帧称为当前帧。

　　帧是线程的私有财产，不能被多个线程共享。

 

Local Variables (本地变量组？)

　　帧包含的一组变量数组称为Local Variables，该数组的长度在编译期就能确定，存放在class文件当中。

　　一个Local Variable可以存储boolean, byte, char, short,int, float, reference, or returnAddress，而double,long则需要2个local variable存放。

　　Local Variables 和数组一样用下标来表示数组的位置,以0开始。

　　JVM使用Local Variables 来传送方法的参数，将调用该方法的实例引用和参数传送过去，下标以0开始。比如类A的实例为a，调用了方法fun(int m, int n)，该方法有两个参数。则传送给fun的本地变量数组为[a的引用,m的值，n的值]

 

Operand Stacks

　　JVM指令将变量、常量或者方法返回的值放入操作栈中，另一些指令从栈中取出值来进行操作。比如：两个int相加。需要先将这两个int放入该栈，然后再取出来相加，将相加的结果再放入操作栈中。操作栈中的每个实体都能放Java任一数据类型的值。

 

Dynamic Linking

　　在class文件中，一个方法是通过符号引来(symbolic references)来表示一个方法调用，frame中包含了一个运行时常量池来对符号进行解释。

 

Exception:

　　JVM在以下三种情况下抛出异常：

　　　　1: 比如数组异常、资源不够、加载失败等异常

　　　　2: athrow 指令执行时，比如：throw new Exception（）...

　　　　3: 异步异常出现，比如stop来影响其他线程。因为该操作可能发生在其他线程的任一时刻，对于其他线程来将，这样的一场称为异步一场。

 

　　当异常发生时，JVM试图在当前方法内寻找该异常的处理者(exception handler),如果找到则将控制权交给该handler。如果找不到，则将该方法内产生的帧、本地变量全部销毁，当前帧退出，并激活调用当前方法的方法（invoking method）的帧为当前帧。并且将异常在当前方法重新抛出。如果一直找不到handler，则该异常所在的线程将会终止。