二、JVM之体系结构

一、JVM的架构模型

Java编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。

具体来说这两种架构之间的区别：

基于栈式架构的特点

• 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
• 避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配。
• 指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器容易实现。
• 不需要硬件支持，可移植性更好，更好的实现跨平台

基于寄存器架构的特点

• 典型的应用是x86的二进制指令集：比如传统的PC以及Android的Davlik虚拟机。
• 指令集架构完全依赖硬件，可移植性差
• 性能优秀以及执行更高效
• 花费更少的指令去完成一项操作
• 在大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主，而基于栈式架构的指令却是以零地址指令为主

二、JVM生命周期

1. 虚拟机启动

   Java虚拟器的启动是通过引导类加载器（bootstrap classloader）创建一个初始类（initial class）来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

2. 虚拟机执行

   一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序

   程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止

   执行一个所谓的Java程序的时候，真正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程

3. 虚拟机退出

   有如以下的几种情况：

   • 程序正常执行结束了
   • 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
   • 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
   • 某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作

三、JVM体系结构图

Native Interface（本地接口）

Java本地接口(Java Native Interface (JNI))允许运行在Java虚拟机(Java Virtual Machine (JVM))上的代码调用本地程序和类库，或者被它们调用，这些程序和类库可以是其它语言编写的，比如C、C++或者汇编语言。

Program Counter Register（程序计数器）

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

这块n内存区域很小，它是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。如果是一个native方法，那么这个计数器就是空的。因为native方法是java通过JNI直接调用本地C/C++库，可以近似的认为native方法相当于C/C++暴露给java的一个接口，java通过调用这个接口从而调用到C/C++方法。由于该方法是通过C/C++而不是java进行实现。那么自然无法产生相应的字节码，并且C/C++执行时的内存分配是由自己语言决定的，而不是由JVM决定的。

Native Method Stack（本地方法栈）

本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

不同的是，本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。如何去服务native方法？native方法使用什么语言实现？怎么组织像栈帧这种为了服务方法的数据结构？虚拟机规范并未给出强制规定，因此不同的虚拟机实可以进行自由实现，我们常用的HotSpot虚拟机选择合并了虚拟机栈和本地方法栈。

Method Area（方法区）

方法区是一个被线程共享的内存区域。其中主要存储加载的类字节码、class/method/field等元数据对象、static-final常量、static变量、jit编译器编译后的代码等数据。另外，方法区包含了一个特殊的区域“运行时常量池”。

Heap（堆）

堆是 JVM 管理的最大的一块内存空间，主要用于存放Java类的实例对象.

Java Stack（java栈）

栈也叫栈内存，主管java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，声明周期和线程一致，是线程私有的。8中基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配。