理解了 1+2的过程，就理解了Java虚拟机

理解了 1+2的过程，就理解了Java虚拟机

作者：侯树成 2020-04-16 10:55:03

云计算

虚拟化 在面试的时候，在问到关于JVM相关的问题，会发现不少的面试者都是机械的在记忆，稍一细问就戛然而止。属于死记硬背型的，估计是看书里记个大概的概念或者图，并没有理解含义。

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在面试的时候，在问到关于JVM相关的问题，会发现不少的面试者都是机械的在记忆，稍一细问就戛然而止。属于死记硬背型的，估计是看书里记个大概的概念或者图，并没有理解含义。

实际上这块内容，看概念的时候能对照一个简单的程序分析，可以更好的理解。下面咱们开始。

市面上常见的JVM书籍里，关于JVM的体系结构，一般划分成以下几个部分：

  1. 类加载器
  2. 程序计数器(Program Counter Register，简称PC Register)
  3. Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)
  4. 堆(Heap)
  5. 方法区(Method Area)
  6. 运行时常量池(Run-time Constant Pool)
  7. 本地方法栈(Native Method Stack)
  8. 栈帧(Stack Frame)
  9. 执行引擎(Execution Engine)

其中2~7项，又称为运行时数据区，毕竟这些东西只有JVM 跑起来才会创建。这个分类，基本都是参照 Java 虚拟机规范。

如果干巴巴的记概念没啥意思，吃个饭可能就忘了。接下来用 1+2这个程序来试着理解它。

我们来看个初学Java 编程的时候都基本都写过的，类似 Hello World的程序。

  
 
 
 
       
  
  
  
  1. public class HelloWorld { 
    2.    
  
  
  
  2.     public static void main(String[] args) { 
    3.    
  
  
  
  3.         int a = 1; 
    4.    
  
  
  
  4.         int b = 2; 
    5.    
  
  
  
  5.         int c = a + b; 
    6.    
  
  
  
  6.     } 
    7.    
  
  
  
  7. } 
    8.

先 javac 编译之后，再用javap -verbose HelloWorld 来观察一下, 你会看到类似下面的输出内容：

  
 
 
 
       
  
  
  
  1. public class HelloWorld 
    2.    
  
  
  
  2.   minor version: 0 
    3.    
  
  
  
  3.   major version: 55 
    4.    
  
  
  
  4.   flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER 
    5.    
  
  
  
  5.   this_class: #2     // HelloWorld 
    6.    
  
  
  
  6.   super_class: #3    // java/lang/Object 
    7.    
  
  
  
  7.   interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1 
    8.    
  
  
  
  8. Constant pool: 
    9.    
  
  
  
  9.    #1 = Methodref          #3.#12         // java/lang/Object."":()V 
    10.    
  
  
  
  10.    #2 = Class              #13            // HelloWorld 
    11.    
  
  
  
  11.    #3 = Class              #14            // java/lang/Object 
    12.    
  
  
  
  12.    #4 = Utf8                
    13.    
  
  
  
  13.    #5 = Utf8               ()V 
    14.    
  
  
  
  14.    #6 = Utf8               Code 
    15.    
  
  
  
  15.    #7 = Utf8               LineNumberTable 
    16.    
  
  
  
  16.    #8 = Utf8               main 
    17.    
  
  
  
  17.    #9 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V 
    18.    
  
  
  
  18.   #10 = Utf8               SourceFile 
    19.    
  
  
  
  19.   #11 = Utf8               HelloWorld.java 
    20.    
  
  
  
  20.   #12 = NameAndType        #4:#5          // "":()V 
    21.    
  
  
  
  21.   #13 = Utf8               HelloWorld 
    22.    
  
  
  
  22.   #14 = Utf8               java/lang/Object 
    23.    
  
  
  
  23. { 
    24.    
  
  
  
  24.   public HelloWorld(); 
    25.    
  
  
  
  25.     descriptor: ()V 
    26.    
  
  
  
  26.     flags: (0x0001) ACC_PUBLIC 
    27.    
  
  
  
  27.     Code: 
    28.    
  
  
  
  28.       stack=1, locals=1, args_size=1 
    29.    
  
  
  
  29.          0: aload_0 
    30.    
  
  
  
  30.          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V 
    31.    
  
  
  
  31.          4: return 
    32.    
  
  
  
  32.       LineNumberTable: 
    33.    
  
  
  
  33.         line 1: 0 
    34.    
  
  
  
  34.  
    35.    
  
  
  
  35.   public static void main(java.lang.String[]); 
    36.    
  
  
  
  36.     descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 
    37.    
  
  
  
  37.     flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 
    38.    
  
  
  
  38.     Code: 
    39.    
  
  
  
  39.       stack=2, locals=4, args_size=1 
    40.    
  
  
  
  40.          0: iconst_1 
    41.    
  
  
  
  41.          1: istore_1 
    42.    
  
  
  
  42.          2: iconst_2 
    43.    
  
  
  
  43.          3: istore_2 
    44.    
  
  
  
  44.          4: iload_1 
    45.    
  
  
  
  45.          5: iload_2 
    46.    
  
  
  
  46.          6: iadd 
    47.    
  
  
  
  47.          7: istore_3 
    48.    
  
  
  
  48.          8: return 
    49.    
  
  
  
  49.       LineNumberTable: 
    50.    
  
  
  
  50.         line 3: 0 
    51.    
  
  
  
  51.         line 4: 2 
    52.    
  
  
  
  52.         line 5: 4 
    53.    
  
  
  
  53.         line 6: 8 
    54.    
  
  
  
  54. } 
    55.

好嘞。咱们都知道，上面这些就是Java的字节码。有了上面这个输出的内容，你把自己想像成虚拟机，来运行它，就理解了 Java 虚拟机里各个部分了。

首先，这部分内容，要执行，一定得先读到内存里，负载读这些内容的，就是虚拟机的类加载器。

加载进来的其实是个二进制流，然后呢，需要把它整理成对应格式的内容才方便使用嘛。比如这个类叫啥名字，继承了谁，都有什么方法，方法名字叫啥，内容是什么这些东西要找个地方放着。放哪好呢?方法区就是干这个的。

所谓的运行时常量池也是方法区里的一块区域。往上看Constant Pool 在运行时会被解析成 Run-time Constant Pool。如果涉及到对其他类的引用等等，会在加载之后再链接的时候，把这里面的符号引用转化成直接引用。

另外一些部分呢?概括来讲就是Java虚拟机栈，就是咱们常说的栈，是用来执行方法里的具体内容的。这一部分其实可以这样理解。Java 虚拟机，和我们真实的物理机类似，都会把程序提供的指令执行，只不过虚拟机是一个提供了一套有限指令集的软件。物理机基本都是基于寄存器执行，而 Java 虚拟机的对于指令的执行实现是基于栈的。

既然是栈，那栈里要放点什么?没错，是栈帧，英文是 Frames，就是咱们在使用 IDE debug 的时候看到的那一层一层的内容。

每个方法调用的时候，都会出现一帧，每一帧也是个结构，方法执行用到的东西都在里面。比如在 Debug 的时候，一般都会看到每个变量和值， 这些变量称为本地变量(local variables)，在上面的输出内容里也有stack=2, locals=4, args_size=1 我们看到locals就是本地变量，args_size是方法参数的长度，还有一个就是操作数(stack)，数值是栈的最大深度。

每个class 的任意一个方法里，都会有 frame ，它们都有自己的 local variables 本地变量表， 自己的operand stack 操作数栈，以及到run-time constant pool 运行时常量池的引用。当然，也可以有一些扩展信息，例如debug info。

那具体上面简单的一个 1+2 这个操作，对应到 jvm 指令有这些：

  
 
 
 
       
  
  
  
  1. 0: iconst_1 
    2.    
  
  
  
  2.          1: istore_1 
    3.    
  
  
  
  3.          2: iconst_2 
    4.    
  
  
  
  4.          3: istore_2 
    5.    
  
  
  
  5.          4: iload_1 
    6.    
  
  
  
  6.          5: iload_2 
    7.    
  
  
  
  7.          6: iadd 
    8.    
  
  
  
  8.          7: istore_3 
    9.    
  
  
  
  9.          8: return 
    10.

具体当前执行到第几条指令，需要有个标识，这个活儿让程序计数器给干了。这小子一直指向下一条即将执行的指令。基本栈的实现，上面的指令大意是把常量1赋值给第一个变量，常量2赋值给第二个变量，之后，变量一入栈，变量二入栈，执行iadd操作的时候，这两个数据出栈，完成求和，再赋值给变量3，入栈，再返回。下次咱们细说JVM指令的时候，再详细说说。这些指令的执行，当然离不开执行引擎。

因为不需要执行Native方法，所以我们一般不用本地方法栈,这是给类似JNI这些本地方法实现准备的。

你看，观察了1+2的过程，基本Java 虚拟机的结构是不是就理解了?:-) 如果还是记不住的话，你可以这样想啊，Java 的世界里，经常会说到堆和栈。那栈用来存啥呢?想想你 debug 时候看到的那一层层的帧， 然后再想想今天的1+2的执行，应该就齐了。

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文章名称：理解了 1+2的过程，就理解了Java虚拟机
标题来源：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news2/395352.html

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