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在面試的時(shí)候，在問到關(guān)于JVM相關(guān)的問題，會(huì)發(fā)現(xiàn)不少的面試者都是機(jī)械的在記憶，稍一細(xì)問就戛然而止。屬于死記硬背型的，估計(jì)是看書里記個(gè)大概的概念或者圖，并沒有理解含義。

實(shí)際上這塊內(nèi)容，看概念的時(shí)候能對(duì)照一個(gè)簡單的程序分析，可以更好的理解。下面咱們開始。

市面上常見的JVM書籍里，關(guān)于JVM的體系結(jié)構(gòu)，一般劃分成以下幾個(gè)部分：

1. 類加載器
2. 程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register，簡稱PC Register)
3. Java 虛擬機(jī)棧(Java Virtual Machine Stacks)
4. 堆(Heap)
5. 方法區(qū)(Method Area)
6. 運(yùn)行時(shí)常量池(Run-time Constant Pool)
7. 本地方法棧(Native Method Stack)
8. 棧幀(Stack Frame)
9. 執(zhí)行引擎(Execution Engine)

其中2~7項(xiàng)，又稱為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，畢竟這些東西只有JVM 跑起來才會(huì)創(chuàng)建。這個(gè)分類，基本都是參照 Java 虛擬機(jī)規(guī)范。

如果干巴巴的記概念沒啥意思，吃個(gè)飯可能就忘了。接下來用 1+2這個(gè)程序來試著理解它。

我們來看個(gè)初學(xué)Java 編程的時(shí)候都基本都寫過的，類似 Hello World的程序。

public class HelloWorld { 
    public static void main(String[] args) { 
        int a = 1; 
        int b = 2; 
        int c = a + b; 
    } 
} 

先 javac 編譯之后，再用javap -verbose HelloWorld 來觀察一下, 你會(huì)看到類似下面的輸出內(nèi)容：

public class HelloWorld 
  minor version: 0 
  major version: 55 
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER 
  this_class: #2     // HelloWorld 
  super_class: #3    // java/lang/Object 
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1 
Constant pool: 
   #1 = Methodref          #3.#12         // java/lang/Object."<init>":()V 
   #2 = Class              #13            // HelloWorld 
   #3 = Class              #14            // java/lang/Object 
   #4 = Utf8               <init> 
   #5 = Utf8               ()V 
   #6 = Utf8               Code 
   #7 = Utf8               LineNumberTable 
   #8 = Utf8               main 
   #9 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V 
  #10 = Utf8               SourceFile 
  #11 = Utf8               HelloWorld.java 
  #12 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V 
  #13 = Utf8               HelloWorld 
  #14 = Utf8               java/lang/Object 
{ 
  public HelloWorld(); 
    descriptor: ()V 
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC 
    Code: 
      stack=1, locals=1, args_size=1 
         0: aload_0 
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V 
         4: return 
      LineNumberTable: 
        line 1: 0 
 
  public static void main(java.lang.String[]); 
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 
    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 
    Code: 
      stack=2, locals=4, args_size=1 
         0: iconst_1 
         1: istore_1 
         2: iconst_2 
         3: istore_2 
         4: iload_1 
         5: iload_2 
         6: iadd 
         7: istore_3 
         8: return 
      LineNumberTable: 
        line 3: 0 
        line 4: 2 
        line 5: 4 
        line 6: 8 
} 

好嘞。咱們都知道，上面這些就是Java的字節(jié)碼。有了上面這個(gè)輸出的內(nèi)容，你把自己想像成虛擬機(jī)，來運(yùn)行它，就理解了 Java 虛擬機(jī)里各個(gè)部分了。

首先，這部分內(nèi)容，要執(zhí)行，一定得先讀到內(nèi)存里，負(fù)載讀這些內(nèi)容的，就是虛擬機(jī)的類加載器。

加載進(jìn)來的其實(shí)是個(gè)二進(jìn)制流，然后呢，需要把它整理成對(duì)應(yīng)格式的內(nèi)容才方便使用嘛。比如這個(gè)類叫啥名字，繼承了誰，都有什么方法，方法名字叫啥，內(nèi)容是什么這些東西要找個(gè)地方放著。放哪好呢?方法區(qū)就是干這個(gè)的。

所謂的運(yùn)行時(shí)常量池也是方法區(qū)里的一塊區(qū)域。往上看Constant Pool 在運(yùn)行時(shí)會(huì)被解析成 Run-time Constant Pool。如果涉及到對(duì)其他類的引用等等，會(huì)在加載之后再鏈接的時(shí)候，把這里面的符號(hào)引用轉(zhuǎn)化成直接引用。

另外一些部分呢?概括來講就是Java虛擬機(jī)棧，就是咱們常說的棧，是用來執(zhí)行方法里的具體內(nèi)容的。這一部分其實(shí)可以這樣理解。Java 虛擬機(jī)，和我們真實(shí)的物理機(jī)類似，都會(huì)把程序提供的指令執(zhí)行，只不過虛擬機(jī)是一個(gè)提供了一套有限指令集的軟件。物理機(jī)基本都是基于寄存器執(zhí)行，而 Java 虛擬機(jī)的對(duì)于指令的執(zhí)行實(shí)現(xiàn)是基于棧的。

既然是棧，那棧里要放點(diǎn)什么?沒錯(cuò)，是棧幀，英文是 Frames，就是咱們在使用 IDE debug 的時(shí)候看到的那一層一層的內(nèi)容。

每個(gè)方法調(diào)用的時(shí)候，都會(huì)出現(xiàn)一幀，每一幀也是個(gè)結(jié)構(gòu)，方法執(zhí)行用到的東西都在里面。比如在 Debug 的時(shí)候，一般都會(huì)看到每個(gè)變量和值， 這些變量稱為本地變量(local variables)，在上面的輸出內(nèi)容里也有stack=2, locals=4, args_size=1 我們看到locals就是本地變量，args_size是方法參數(shù)的長度，還有一個(gè)就是操作數(shù)(stack)，數(shù)值是棧的最大深度。

每個(gè)class 的任意一個(gè)方法里，都會(huì)有 frame ，它們都有自己的 local variables 本地變量表， 自己的operand stack 操作數(shù)棧，以及到run-time constant pool 運(yùn)行時(shí)常量池的引用。當(dāng)然，也可以有一些擴(kuò)展信息，例如debug info。

那具體上面簡單的一個(gè) 1+2 這個(gè)操作，對(duì)應(yīng)到 jvm 指令有這些：

0: iconst_1 
         1: istore_1 
         2: iconst_2 
         3: istore_2 
         4: iload_1 
         5: iload_2 
         6: iadd 
         7: istore_3 
         8: return 

具體當(dāng)前執(zhí)行到第幾條指令，需要有個(gè)標(biāo)識(shí)，這個(gè)活兒讓程序計(jì)數(shù)器給干了。這小子一直指向下一條即將執(zhí)行的指令。基本棧的實(shí)現(xiàn)，上面的指令大意是把常量1賦值給第一個(gè)變量，常量2賦值給第二個(gè)變量，之后，變量一入棧，變量二入棧，執(zhí)行iadd操作的時(shí)候，這兩個(gè)數(shù)據(jù)出棧，完成求和，再賦值給變量3，入棧，再返回。下次咱們細(xì)說JVM指令的時(shí)候，再詳細(xì)說說。這些指令的執(zhí)行，當(dāng)然離不開執(zhí)行引擎。

因?yàn)椴恍枰獔?zhí)行Native方法，所以我們一般不用本地方法棧,這是給類似JNI這些本地方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備的。

你看，觀察了1+2的過程，基本Java 虛擬機(jī)的結(jié)構(gòu)是不是就理解了?:-) 如果還是記不住的話，你可以這樣想啊，Java 的世界里，經(jīng)常會(huì)說到堆和棧。那棧用來存啥呢?想想你 debug 時(shí)候看到的那一層層的幀， 然后再想想今天的1+2的執(zhí)行，應(yīng)該就齊了。

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