Java
虚拟机(Java Virtual Machine 简称JVM)是运行所有Java程序的抽象计算机,是
Java语言的运行环境,它是Java 最具吸引力的特性之一。
Java虚拟机(JVM)是可运行Java代码的假想计算机。只要根据JVM规格描述将
解释器移植到特定的计算机上,就能保证经过编译的任何Java代码能够在该系统上运行。
Java
虚拟机是一个想象中的机器,在实际的计算机上通过
软件模拟来实现。Java
虚拟机有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、
寄存器等,还具有相应的指令系统。
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java
虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的
目标代码。而引入Java语言虚拟机后,
Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java
虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言
编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的
目标代码(
字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行
字节码时,把字节码解释成具体平台上的
机器指令执行。
4使用主体编辑
Java
虚拟机是Java语言底层实现的基础。这有助于理解Java语言的一些性质,也有助于使用Java语言。对于要在特定平台上实现Java
虚拟机的
软件人员,Java语言的
编译器作者以及要用硬件
芯片实现Java
虚拟机的人来说,则必须深刻理解Java虚拟机的规范。另外,如果你想扩展Java语言,或是把其它语言编译成Java语言的
字节码,你也需要深入地了解Java虚拟机。
5安装方法编辑
java虚拟机安装方法[2]
下载解压:
下载j2sdk-1_4_2_05-linux-i586.bin随便放到一个目录里,
比如/tmp。
在
终端里输入:sh j2sdk-1_4_2_05-linux-i586.bin回车
之后会出现一堆
软件说明,按回车n次直到问你yes or no,当然回答yes,输入y,回车后开始
解压缩。
完成之后,在/tmp里就会出现一个名为j2sdk1.4.2_05的文件夹。
安装:
安装很简单:将j2sdk1.4.2_05文件夹复制到/usr目录里。
打开/etc/profile文件,在相关位置中加入:
export JAVA_HOME=/usr/j2sdk1.4.2_05
export PATH=/usr/j2sdk1.4.2_05/bin:$PATH
export CLASSPATH=/usr/j2sdk1.4.2_05/lib:/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/lib:.:
保存
注意:下面涉及到的文件请先备份,以防万一!
进入/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/lib/文件夹
删除里面所有带.zn的文档,只留下font.properties.zh文档。
安装simsun
字体如果不喜欢simsun可以不装。
编辑font.properties.zh,将所有-tlc-song-medium-r-normal--*-%d-*-*-c-*-gbk-0 替换成:
-misc-simsun-medium-r-normal--*-%d-*-*-c-*-gbk-0(如果没装simsun
字体,可以将-simsun-那里改成你喜欢的字体,前提是该字体在系统中存在)
之后在
终端中转到目录/usr/j2sdk1.4.2_05/jre/bin/下
输入命令:
./ControlPanel回车
6数据类型编辑
Java
虚拟机支持Java语言的基本数据类型有8种,注意String不是基本数据类型如下:
boolean://1字节有符号整数的补码
byte://1字节有符号整数的补码
long://8字节有符号整数的补码
几乎所有的Java类型检查都是在编译时完成的。上面列出的原始
数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记。操作这些原始
数据类型数据的
字节码(指令)本身就已经指出了
操作数的数据类型,例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把两个数相加,其操作数类型别是int、long、float和double。
虚拟机没有给boolean(布尔)类型设置单独的指令。boolean型的数据是由integer指令,包括integer返回来处理的。boolean型的
数组则是用byte数组来处理的。
虚拟机使用IEEE754格式的浮点数。不支持
IEEE格式的较旧的计算机,在运行Java数值计算程序时,可能会非常慢。
object//对一个Javaobject(对象)的4字节引用
returnAddress//4字节,用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令
虚拟机的规范对于object内部的结构没有任何特殊的要求。在Sun公司的实现中,对object的引用是一个句柄,其中包含一对
指针:一个指针指向该object的方法表,另一个指向该object的数据。用Java虚拟机的
字节码表示的程序应该遵守类型规定。Java虚拟机的实现应拒绝执行违反了类型规定的
字节码程序。Java虚拟机由于
字节码定义的限制似乎只能运行于32位
地址空间的机器上。但是可以创建一个Java虚拟机,它自动地把
字节码转换成64位的形式。从Java虚拟机支持的
数据类型可以看出,Java对数据类型的内部格式进行了严格规定,这样使得各种Java虚拟机的实现对数据的解释是相同的,从而保证了Java的与平台无关性和
可移植性。
7规格描述编辑
JVM的设计目标是提供一个基于抽象规格描述的计算机模型,为解释程序开发人员提范的任何系统上运行。JVM对其实现的某些方面给出了具体的定义,特别是对Java
可执行代码,即
字节码(Bytecode)的格式给出了明确的规格。这一规格包括
操作码和
操作数的语法和数值、
标识符的数值表示方式、以及Java类文件中的Java对象、
常量缓冲池在JVM的存储映象。这些定义为JVM
解释器开发人员提供了所需的信息和开发环境。Java的设计者希望给开发人员以随心所欲使用Java的自由。
JVM定义了控制Java代码
解释执行和具体实现的五种规格,它们是:
*JVM栈结构
*JVM碎片回收堆
*JVM存储区
JVM指令系统
JVM指令系统同其他计算机的指令系统极其相似。Java指令也是由
操作码和操作数两部分组成。
操作码为8位二进制数,
操作数进紧随在操作码的后面,其长度根据需要而不同。
操作码用于指定一条指令操作的性质(在这里我们采用汇编符号的形式进行说明),如iload表示从
存储器中装入一个整数,anewarray表示为一个新
数组分配空间,iand表示两个整数的"与",ret用于
流程控制,表示从对某一方法的调用中返回。当长度大于8位时,
操作数被分为两个以上
字节存放。JVM采用了"big endian"的编码方式来处理这种情况,即高位bits存放在低
字节中。这同 Motorola及其他的RISC CPU采用的
编码方式是一致的,而与Intel采用的"little endian "的编码方式即低位bits存放在低位
字节的方法不同。Java指令系统是以Java语言的实现为目的设计的,其中包含了用于调用方法和监视多线程系统的指令。Java的8位
操作码的长度使得JVM最多有256种指令,java1.6及以上版本已使用了160多种操作码。
JVM寄存器
所有的CPU均包含用于保存系统状态和处理器所需信息的
寄存器组。如果
虚拟机定义较多的
寄存器,便可以从中得到更多的信息而不必对栈或内存进行访问,这有利于提高运行速度。然而,如果
虚拟机中的
寄存器比实际CPU的寄存器多,在实现虚拟机时就会占用处理器大量的时间来用常规
存储器模拟寄存器,这反而会降低虚拟机的效率。针对这种情况,JVM只设置了4个最为常用的
寄存器。它们是:pc
程序计数器optop
操作数栈顶
指针frame当前执行环境指针 vars指向当前执行环境中第一个
局部变量的指针 所有
寄存器均为32位。pc用于记录程序的执行。optop,frame和vars用于记录指向Java栈区的
指针。
JVM栈结构
作为基于栈结构的计算机,Java栈是JVM存储信息的主要方法。当JVM得到一个Java
字节码应用程序后,便为该代码中一个类的每一个方法创建一个栈框架,以保存该方法的状态信息。每个栈框架包括以下三类信息:局部
变量执行环境
操作数栈
局部变量用于存储一个类的方法中所用到的
局部变量。vars
寄存器指向该变量表中的第一个
局部变量。
执行环境用于保存
解释器对Java
字节码进行解释过程中所需的信息。它们是:上次调用的方法、局部变量
指针和
操作数栈的栈顶和栈底指针。执行环境是一个执行一个方法的控制中心。例如:如果
解释器要执行iadd(整数加法),首先要从frame
寄存器中找到当前执行环境,而后便从执行环境中找到
操作数栈,从栈顶弹出两个整数进行加法运算,最后将结果压入栈顶。
JVM碎片回收堆
Java类的实例所需的
存储空间是在堆上分配的。
解释器具体承担为类实例分配空间的工作。
解释器在为一个实例分配完
存储空间后,便开始记录对该实例所占用的内存区域的使用。一旦对象使用完毕,便将其回收到堆中。在Java语言中,除了new语句外没有其他方法为一对象申请和释放内存。对内存进行释放和回收的工作是由Java运行系统承担的。这允许Java运行系统的设计者自己决定碎片回收的方法。在SUN公司开发的Java
解释器和Hot Java环境中,碎片回收用
后台线程的方式来执行。这不但为运行系统提供了良好的性能,而且使
程序设计人员摆脱了自己控制内存使用的风险。
JVM存储区
JVM有两类存储区:
常量缓冲池和方法区。
常量缓冲池用于存储类名称、方法和字段名称以及串常量。方法区则用于存储Java方法的
字节码。对于这两种
存储区域具体实现方式在JVM规格中没有明确规定。这使得Java
应用程序的存储布局必须在运行过程中确定,依赖于具体平台的实现方式。JVM是为Java
字节码定义的一种独立于具体平台的规格描述,是
Java平台独立性的基础。尽管JVM还存在一些限制和不足,有待于进一步的完善,但无论如何,JVM的思想是成功的。对比分析:如果把Java原程序想象成我们的C++原程序,Java原程序编译后生成的
字节码就相当于C++原程序编译后的80x86的
机器码(二进制
程序文件),JVM
虚拟机相当于80x86
计算机系统,Java
解释器相当于80x86CPU。在80x86CPU上运行的是
机器码,在Java
解释器上运行的是Java字节码。
Java
解释器相当于运行Java
字节码的“CPU”,但该“CPU”不是通过硬件实现的,而是用
软件实现的。Java
解释器实际上就是特定的平台下的一个
应用程序。只要实现了特定平台下的
解释器程序,Java
字节码就能通过解释器程序在该平台下运行,这是Java跨平台的根本。当前,并不是在所有的平台下都有相应Java
解释器程序,这也是Java并不能在所有的平台下都能运行的原因,它只能在已实现了Java解释器程序的平台下运行。
8体系结构编辑
Java
虚拟机由五个部分组成:一组
指令集、一组
寄存器、一个
栈、一个无用单元收集堆(Garbage-collected-heap)、一个方法区域。这五部分是Java
虚拟机的逻辑成份,不依赖任何实现技术或组织方式,但它们的功能必须在真实机器上以某种方式实现。
Java指令集
Java
指令集中的指令包含一个单字节的操作符,用于指定要执行的操作,还有0个或多个
操作数,提供操作所需的参数或数据。许多指令没有
操作数,仅由一个单字节的操作符构成。
do{
取一个操作符字节;
根据操作符的值执行一个动作;
}while(程序未结束)
由于
指令系统的简单性,使得
虚拟机执行的过程十分简单,从而有利于提高执行的效率。指令中
操作数的数量和大小是由操作符决定的。如果
操作数比一个
字节大,那么它存储的顺序是高位字节优先。例如,一个16位的参数存放时占用两个字节,其值为:
第一个字节*256+第二个字节
字节码指令流一般只是
字节对齐的。指令tabltch和lookup是例外,在这两条指令内部要求强制的4字节
边界对齐。
寄存器
Java
虚拟机的
寄存器用于保存机器的运行状态,与微处理器中的某些专用寄存器类似。
栈
·动态链接
·正常的方法返回
如果当前方法正常地结束了,在执行了一条具有正确类型的返回指令时,调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的
寄存器,并把调用者的
程序计数器增加一个恰当的数值,以跳过已执行过的方法调用指令,然后在调用者的执行环境中继续执行下去。
·异常和错误传播
异常情况在Java中被称作Error(错误)或Exception(异常),是Throwable类的子类,在程序中的原因是:①
动态链接错,如无法找到所需的
class文件。②运行时错,如对一个空
指针的引用
·程序使用了throw语句。
·检查与当前方法相联系的catch子句表。每个catch子句包含其有效指令范围,能够处理的异常类型,以及处理异常的代码块地址。
·与异常相匹配的catch子句应该符合下面的条件:造成异常的指令在其指令范围之内,发生的异常类型是其能处理的异常类型的子类型。如果找到了匹配的catch子句,那么系统转移到指定的
异常处理块处执行;如果没有找到异常处理块,重复寻找匹配的catch子句的过程,直到当前方法的所有嵌套的catch子句都被检查过。
·由于
虚拟机从第一个匹配的catch子句处继续执行,所以catch子句表中的顺序是很重要的。因为Java代码是结构化的,因此总可以把某个方法的所有的
异常处理器都按序排列到一个表中,对任意可能的
程序计数器的值,都可以用线性的顺序找到合适的异常处理块,以处理在该程序计数器值下发生的异常情况。
·如果找不到匹配的catch子句,那么当前方法得到一个"未截获异常"的结果并返回到当前方法的调用者,好像异常刚刚在其调用者中发生一样。如果在调用者中仍然没有找到相应的
异常处理块,那么这种错误传播将被继续下去。如果错误被传播到最顶层,那么系统将调用一个缺省的
异常处理块。
⑶
操作数栈区
机器指令只从操作数栈中取操作数,对它们进行操作,并把结果返回到栈中。选择栈结构的原因是:在只有少量
寄存器或非
通用寄存器的机器(如Intel486)上,也能够高效地模拟
虚拟机的行为。
操作数栈是32位的。它用于给方法传递参数,并从方法接收结果,也用于支持操作的参数,并保存操作的结果。例如,iadd指令将两个整数相加。相加的两个整数应该是
操作数栈顶的两个字。这两个字是由先前的指令压进堆栈的。这两个整数将从堆栈弹出、相加,并把结果压回到
操作数栈中。
每个原始
数据类型都有专门的指令对它们进行必须的操作。每个
操作数在栈中需要一个存储位置,除了long和double型,它们需要两个位置。
操作数只能被适用于其类型的操作符所操作。例如,压入两个int类型的数,如果把它们当作是一个long类型的数则是非法的。在Sun的
虚拟机实现中,这个限制由
字节码验证器强制实行。但是,有少数操作(操作符dupe和swap),用于对运行时数据区进行操作时是不考虑类型的。
无用单元收集堆
Java的堆是一个运行时数据区,类的实例(对象)从中分配空间。Java语言具有无用单元收集能力:它不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的无用单元收集算法,可以根据系统的需求使用各种各样的算法。
方法区
方法区与传统语言中的编译后代码或是Unix进程中的正文段类似。它保存方法代码(编译后的java代码)和
符号表。在当前的Java实现中,方法代码不包括在无用单元收集堆中,但计划在将来的版本中实现。每个类文件包含了一个Java类或一个Java界面的编译后的代码。可以说类文件是Java语言的执行代码文件。为了保证类文件的平台无关性,Java
虚拟机规范中对类文件的格式也作了详细的说明。其具体细节请参考Sun公司的Java虚拟机规范。
9运行过程编辑
上面对
虚拟机的各个部分进行了比较详细的说明,下面通过一个具体的例子来分析它的运行过程。
虚拟机通过调用某个指定类的方法main启动,传递给main一个字符串
数组参数,使指定的类被装载,同时链接该类所使用的其它的类型,并且初始化它们。例如对于程序:
public class HelloApp {
public static void main(String[] args){
System.out.println("Hello World!");
for (int i = 0; i < args.length; i++ ) {
System.out.println(args);
}
}
}
编译后在命令行模式下键入:java HelloApp run virtual machine
将通过调用HelloApp的方法main来启动java
虚拟机,传递给main一个包含三个字符串"run"、"virtual"、"machine"的数组。现在我们略述
虚拟机在执行HelloApp时可能采取的步骤。
开始试图执行类HelloApp的main方法,发现该类并没有被装载,也就是说
虚拟机当前不包含该类的二进制代表,于是虚拟机使用ClassLoader试图寻找这样的二进制代表。如果这个进程失败,则抛出一个异常。类被装载后同时在main方法被调用之前,必须对类HelloApp与其它类型进行链接然后初始化。链接包含三个阶段:检验,准备和解析。检验检查被装载的主类的符号和语义,准备则创建类或接口的静态域以及把这些域初始化为标准的默认值,解析负责检查主类对其它类或接口的符号引用,在这一步它是可选的。类的初始化是对类中声明的静态初始化函数和静态域的初始化
构造方法的执行。一个类在初始化之前它的父类必须被初始化。整个过程如下:
10参数说明编辑
java <CLASS文件名>
注意:CLASS文件名不要带文件后缀.class
例如:
java Test
package <;包名>
那应该在包的基路径下执行,Java虚拟机
命令行参数:
java <;包名>.CLASS文件名
例如:
PackageTest.java中,其包名为:com.ee2ee.test,对应的语句为:
package com.ee2ee.test;
PackageTest.java及编译后的
class文件PackageTest.class的存放目录如下:
classes
|__com
|__ee2ee
|__test
|__PackageTest.java
|__PackageTest.class
要运行PackageTest.class,应在classes目录下执行:
java com.ee2ee.test.PackageTest
二、运行jar文件中的class
原理和运行
class文件一样,只需加上参数-cp <jar文件名>;即可。
例如:执行test.jar中的类com.ee2ee.test.PackageTest,命令行如下:
java -cp test.jar com.ee2ee.test.PackageTest
三、显示JDK版本信息
当一台机器上有多个jdk版本时,需要知道当前使用的是那个版本的jdk,使用参数-version即可知道其版本,命令行为:
java -version
Java
虚拟机可使用的最大内存是有限制的,缺省值通常为64MB或128MB。
如果一个
应用程序为了提高性能而把数据加载内存中而占用较大的内存,
比如超过了默认的最大值128MB,需要加大java
虚拟机可使用的最大内存,否则会出现Out of Memory(
系统内存不足)的异常。启动java时,需要使用如下两个参数:
以上两个
命令行参数中设置的size,可以带单位,例如:256m表示256MB
举例说明:
java -Xms128m -Xmx256m ...
表示Java
虚拟机初始化时使用的内存为128MB,可使用的最大内存为256MB。
对于tomcat,可以修改其
脚本catalina. sh(Unix平台)或catalina.bat(Windows平台),设置
变量JAVA_OPTS即可,例如:
JAVA_OPTS='-Xms128m -Xmx256m'