《JAVA笔记本》跟踪行动：Java虚拟机运行时数据区

刚开始学Java时，总是容易被一些小概念的辨析搞到头晕，有时想要总结一下，又觉得毫无头绪，其实，都是“知其然而不知其所以然”惹的祸。

Java是如此的强大，可以实现好多好多的事情，Java虚拟机这个幕后黑手一定在背后搞了好多小动作是我们看不到的，今天就让我们先从运行时数据区下手，看看这里究竟进行了哪些幕后交易。

众所周知，Java虚拟机提供了程序运行时环境，其中，运行时环境中最重要的一个资源是运行时数据区。运行时数据区是操作系统为Java虚拟机进程分配的内存区域，Java虚拟机操纵着这块区域。
运行时数据区又划分为几个子区：
堆区：存放对象
方法区：存放类的类型信息（静态变量和方法信息）
Java栈区

为了更清楚地搞明白发生在运行时数据区里的黑幕，我们来准备2个小道具（2个非常简单的小程序）。

AppMain.java

public class AppMain
{
public static void main(String[] args)
{
Sample test1 = new Sample( " 测试1 " );
Sample test2 = new Sample( " 测试2 " );

test1.printName();
test2.printName();
}
}
Sample.java

public class Sample
{
/** */ /** 范例名称 */
private name;

/** */ /** 构造方法 */
public Sample(String name)
{
this .name = name;
}

/** */ /** 输出 */
public void printName()
{
System.out.println(name);
}
}

OK，让我们开始行动吧，出发指令就是：“java AppMain”，包包里带好我们的行动向导图，Let’s GO！

 

系统收到了我们发出的指令，启动了一个Java虚拟机进程，这个进程首先从classpath中找到AppMain.class文件，读取这个文件中的二进制数据，然后把Appmain类的类信息存放到运行时数据区的方法区中。这一过程称为AppMain类的加载过程。
接着，Java虚拟机定位到方法区中AppMain类的Main()方法的字节码，开始执行它的指令。这个main()方法的第一条语句就是：
Sample test1=new Sample("测试1");
语句很简单啦，就是让java虚拟机创建一个Sample实例，并且呢，使引用变量test1引用这个实例。貌似小case一桩哦，就让我们来跟踪一下Java虚拟机，看看它究竟是怎么来执行这个任务的：

1、 Java虚拟机一看，不就是建立一个Sample实例吗，简单，于是就直奔方法区而去，先找到Sample类的类型信息再说。结果呢，嘿嘿，没找到@@，这会儿的方法区里还没有Sample类呢。可Java虚拟机也不是一根筋的笨蛋，于是，它发扬“自己动手，丰衣足食”的作风，立马加载了Sample类，把Sample类的类型信息存放在方法区里。

2、 好啦，资料找到了，下面就开始干活啦。Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Sample实例分配内存（好羡慕呀，在JAVA的世界里，竟然还享受着单位分房的福利政策噢~~~），这个Sample实例持有着指向方法区的Sample类的类型信息的引用。这里所说的引用，实际上指的是Sample类的类型信息在方法区中的内存地址，其实，就是有点类似于C语言里的指针啦~~，而这个地址呢，就存放了在Sample实例的数据区里。

3、 在JAVA虚拟机进程中，每个线程都会拥有一个方法调用栈，用来跟踪线程运行中一系列的方法调用过程，栈中的每一个元素就被称为栈帧，每当线程调用一个方法的时候就会向方法栈压入一个新帧。这里的帧用来存储方法的参数、局部变量和运算过程中的临时数据。OK，原理讲完了，就让我们来继续我们的跟踪行动！位于“=”前的Test1是一个在main()方法中定义的变量，可见，它是一个局部变量，因此，它被会添加到了执行main()方法的主线程的JAVA方法调用栈中。而“=”将把这个test1变量指向堆区中的Sample实例，也就是说，它持有指向Sample实例的引用。

OK，到这里为止呢，JAVA虚拟机就完成了这个简单语句的执行任务。参考我们的行动向导图，我们终于初步摸清了JAVA虚拟机的一点点底细了，COOL！

接下来，JAVA虚拟机将继续执行后续指令，在堆区里继续创建另一个Sample实例，然后依次执行它们的printName()方法。当JAVA虚拟机执行test1.printName()方法时，JAVA虚拟机根据局部变量test1持有的引用，定位到堆区中的Sample实例，再根据Sample实例持有的引用，定位到方法去中Sample类的类型信息，从而获得printName()方法的字节码，接着执行printName()方法包含的指令。

哈哈，之前所作的所有布局和安排，在这里都得到了应用，而在我们的行动向导图上，我们也已经完整地在运行时数据区里跟踪了一整圈。