JAVA进阶（2）—— 虚拟机体系结构

虚拟机体系结构

程序计数器

一块较小的内存空间，当前线程所执行的字节码的行号指示器

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，我们称这类内存区域为线程私有的内存。

本地方法栈

线程私有,为虚拟机使用到的Native方法服务

虚拟机栈

为虚拟机使用到的JAVA方法服务，生命周期与线程相同。每当启动给一个线程时，虚拟机会为它分配一个栈。栈由许多栈帧组成，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

栈帧

由局部变量区、操作数栈和帧数据区组成。当虚拟机调用一个Java方法时，它从对应类的类型信息中得到此方法的局部变量区和操作数栈的大小，并根据此分配栈帧内存，然后压入Java栈中。

局部变量区

存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量区的大小。

操作数栈

由于程序计数器无法被指令直接访问，Java虚拟机的指令是从操作数栈中取得操作数，所以它的运行方式是基于栈而不是基于寄存器。虚拟机把操作数栈作为它的工作区，因为大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，然后把结果压回操作数栈。

帧数据区

支持常量池解析、正常方法返回以及异常派发机制。
每当虚拟机要执行某个需要用到常量池数据的指令时，它会通过帧数据区中指向常量池的指针来访问它。除了常量池的解析外，帧数据区还要帮助虚拟机处理Java方法的正常结束或异常中止。如果通过return正常结束，虚拟机必须恢复发起调用的方法的栈帧，包括设置程序计数器指向发起调用方法的下一个指令；如果方法有返回值，虚拟机需要将它压入到发起调用的方法的操作数栈。为了处理Java方法执行期间的异常退出情况，帧数据区还保存一个对此方法异常表的引用。

堆

存放对象实例以及数组
堆是GC管理的主要区域，因此也被称做“GC堆”

方法区

• 类全限定名、直接超类的全限定名、类类型还是接口类型、访问修饰符（public, abstract, final的某个子集）、直接超接口的全限定名的有序列表、字段信息（字段名、类型、修饰符）、方法信息（方法名、返回类型、参数数量和类型、修饰符）
• 类的常量池（一个有序集合，包括直接常量[string, integer和floating point常量]和对其它类型、字段和方法的符号引用）、类（静态）变量
• 指向ClassLoader类的引用、指向Class类的引用（Integer.class或者new Integer(1).getClass()）

运行时常量池

是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用

对象访问

new Object() 反映到堆中，形成一块存储了Object类型所有实例数据值（对象中各个实例字段的数据）的结构化内存这些类型数据则存储在方法区中。由于reference类型在Java虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到堆中的对象的具体位置，因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。

使用句柄访问方式

Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和
类型数据各自的具体地址信息，如下图所示：

直接指针访问方式

Java 堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象地址，如下
图所示：　

这两种对象的访问方式各有优势，使用句柄访问方式的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。就本书讨论的主要虚拟机Sun HotSpot而言，它是使用第二种方式进行对象访问的，但从整个软件开发的范围来看，各种语言和框架使用句柄来访问的情况也十分常见。

参考文献：http://www.cnblogs.com/gw811/archive/2012/10/18/2730117.html
http://www.cnblogs.com/lao-liang/p/5110710.html