一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例的行為是分別按照子系統(tǒng)、內(nèi)存區(qū)、數(shù)據(jù)類(lèi)型以及指令這幾個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述的。

3.1、數(shù)據(jù)類(lèi)型

Java語(yǔ)言中所有的基本類(lèi)型同樣也都是Java虛擬機(jī)中的基本類(lèi)型。但boolean有點(diǎn)特別，指令集對(duì)boolean只有很有限的支持。當(dāng)編譯器把Java源碼編譯為字節(jié)碼的時(shí)，它會(huì)用int或byte來(lái)表示boolean。Boolean數(shù)組是當(dāng)byte數(shù)組來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的。

returnAddress是Java虛擬機(jī)內(nèi)部使用的基本類(lèi)型，這個(gè)類(lèi)型被用來(lái)實(shí)現(xiàn)Java程序中的finally子句。

3.2、類(lèi)裝載器子系統(tǒng)

負(fù)責(zé)查找并裝載的那部分被稱(chēng)為類(lèi)裝載器子系統(tǒng)。

分為啟動(dòng)類(lèi)裝載器和用戶(hù)自定義類(lèi)裝載器

由不同的類(lèi)裝載器裝載的類(lèi)將放在虛擬機(jī)內(nèi)部的不同命名空間中。

用戶(hù)自定義的類(lèi)裝載器以及Class類(lèi)的實(shí)例都放在內(nèi)存的堆區(qū)，而裝載的類(lèi)型信息則都位于方法區(qū)。

裝載順序：

1）裝載——查找并裝載類(lèi)型的二進(jìn)制數(shù)據(jù)

2）連接——執(zhí)行驗(yàn)證（確保被導(dǎo)入類(lèi)型的正確性），準(zhǔn)備（為類(lèi)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值），以及解析（把類(lèi)變量中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為正確的初始值）

3）初始化——把類(lèi)變量初始化為正確的初始值

3.3方法區(qū)

在java虛擬機(jī)中，關(guān)于被裝載類(lèi)型的信息存儲(chǔ)在一個(gè)邏輯上被稱(chēng)為方法區(qū)的內(nèi)存中。

所有線(xiàn)程都共享方法區(qū)。

類(lèi)型信息：

這個(gè)類(lèi)型的全限定名

這個(gè)類(lèi)型的直接超類(lèi)的全限定名

這個(gè)類(lèi)型是類(lèi)類(lèi)型還是接口類(lèi)型

這個(gè)類(lèi)型的訪(fǎng)問(wèn)修飾符

任何直接超接口的全限定名的有序列表

該類(lèi)型的常量池

字段信息

方法信息

除了常量以外的所有類(lèi)（靜態(tài)）變量

一個(gè)到類(lèi)ClassLoader的引用

一個(gè)到Class類(lèi)的引用

其中字段信息包括

字段名

字段類(lèi)型

字段的修飾符

方法信息包括

方法名

方法的返回類(lèi)型

方法參數(shù)的數(shù)量和類(lèi)型

方法的修飾符

如果方法不是抽象的和本地的還須有

方法的字節(jié)碼

操作數(shù)棧和該方法的棧幀中的局部變量的大小

異常表

3.4 堆

Java程序在運(yùn)行時(shí)所創(chuàng)建的所有類(lèi)實(shí)例或數(shù)組都放在同一個(gè)堆中。

Java對(duì)象中包含的基本數(shù)據(jù)由它所屬的類(lèi)及其所有超類(lèi)聲明的實(shí)例變量組成。只要有一個(gè)對(duì)象引用，虛擬機(jī)就必須能快速的定位對(duì)象實(shí)例的數(shù)據(jù)，另外，它必須能通過(guò)該對(duì)象引用訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的類(lèi)數(shù)據(jù)，因此對(duì)象中通常有一個(gè)指向方法區(qū)的指針。

一種可能的堆空間設(shè)計(jì)就是，把堆分為兩部分：一個(gè)句柄池，一個(gè)對(duì)象池。

這種設(shè)計(jì)的好處是有利于堆碎片的整理，缺點(diǎn)是每次訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象的實(shí)例變量都需要經(jīng)過(guò)兩次指針傳遞。

另一種設(shè)計(jì)方式是使對(duì)象直接指向一組數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)包括對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)以及指向方法區(qū)類(lèi)數(shù)據(jù)的指針。這種設(shè)計(jì)方式的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)指針就可以訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象的實(shí)例數(shù)據(jù)，但是移動(dòng)對(duì)象就變得更加復(fù)雜。

堆中其他數(shù)據(jù)：

1、對(duì)象鎖，用于協(xié)調(diào)多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)對(duì)象時(shí)的同步。

2、等待集合

3、與垃圾收集器有關(guān)的數(shù)據(jù)。

4、方法表：加快了調(diào)用實(shí)例方法時(shí)的效率。

方法表指向的實(shí)例方法數(shù)據(jù)包括以下信息：

此方法的操作數(shù)棧和局部變量區(qū)的大小

此方法的字節(jié)碼

異常表

這些信息足夠虛擬機(jī)去調(diào)用一個(gè)方法了，方法表包含有方法指針——指向類(lèi)活或超類(lèi)聲明的方法的數(shù)據(jù)

3.5程序計(jì)數(shù)器

對(duì)于一個(gè)運(yùn)行中的Java程序而言，其中的每一個(gè)線(xiàn)程都有它自己的PC（程序計(jì)數(shù)器），在線(xiàn)程啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。大小是一個(gè)字長(zhǎng)。當(dāng)線(xiàn)程執(zhí)行某個(gè)Java方法時(shí)，PC的內(nèi)容總是下一條將被指向指令的“地址”。如果該線(xiàn)程正在執(zhí)行一個(gè)本地方法，那么此時(shí)PC的值為”undefined”。Java棧

3.6Java棧

每當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程時(shí)，Java虛擬機(jī)都會(huì)為它分配一個(gè)Java棧，Java棧也幀為單位保存線(xiàn)程的運(yùn)行狀態(tài)，虛擬機(jī)只會(huì)直接對(duì)Java棧執(zhí)行兩種操作:以幀為單位的壓棧和出棧。

某個(gè)線(xiàn)程正在執(zhí)行的方法被稱(chēng)為該線(xiàn)程的當(dāng)前方法，當(dāng)前方法使用的棧幀稱(chēng)為當(dāng)前幀，當(dāng)前方法所屬的類(lèi)稱(chēng)為當(dāng)前類(lèi)，當(dāng)前類(lèi)的常量池稱(chēng)為當(dāng)前常量池，在線(xiàn)程執(zhí)行一個(gè)方法時(shí)，它會(huì)跟蹤當(dāng)前類(lèi)和當(dāng)前常量池。

每當(dāng)線(xiàn)程調(diào)用一個(gè)方法時(shí)，虛擬機(jī)都會(huì)在該線(xiàn)程的Java棧中壓入一個(gè)新幀，而這個(gè)新棧自然就成為當(dāng)前幀。在執(zhí)行這個(gè)方法時(shí)，它使用這個(gè)幀來(lái)存儲(chǔ)參數(shù)、局部變量、中間運(yùn)算結(jié)果等等數(shù)據(jù)。

Java棧上的所有數(shù)據(jù)都是數(shù)據(jù)都是此線(xiàn)程私有的。

3.7棧幀

棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)、操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)。局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的大小要視對(duì)應(yīng)的方法而定，編譯器在編譯器時(shí)就確定的確定了這些值并放在class文件中。幀數(shù)據(jù)區(qū)的大小依賴(lài)于具體的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)虛擬機(jī)調(diào)用一個(gè)方法時(shí)，它從對(duì)應(yīng)類(lèi)的類(lèi)型信息中得到此方法的局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的大小，并據(jù)此分配棧幀內(nèi)存，然后壓入Java棧中。

局部變量區(qū)：Java棧幀的局部變量區(qū)被組織為以一個(gè)字長(zhǎng)為單位、從0開(kāi)始計(jì)數(shù)的數(shù)組。字節(jié)碼指令通過(guò)從0開(kāi)始的索引來(lái)使用其中的數(shù)據(jù)。

局部變量區(qū)對(duì)應(yīng)方法的參數(shù)和局部變量。編譯器首先按聲明的順序把這些參數(shù)放入局部變量數(shù)組。

在java中，所有的對(duì)象都按引用傳遞，并且都存儲(chǔ)在堆中，永遠(yuǎn)都不會(huì)在局部變量區(qū)或操作數(shù)棧中發(fā)現(xiàn)對(duì)象的拷貝，只會(huì)有對(duì)象的引用。

操作數(shù)棧：操作數(shù)棧也是被組織為一個(gè)字長(zhǎng)為單位的數(shù)組。但它不是通過(guò)索引來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，而是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的棧操作——壓棧和出棧來(lái)訪(fǎng)問(wèn)的。

幀數(shù)據(jù)區(qū)：支持解析常量池解析、正常方法返回以及異常派發(fā)機(jī)制。每當(dāng)虛擬機(jī)要執(zhí)行某個(gè)需要用到常量池?cái)?shù)據(jù)的指令時(shí)，它都會(huì)通過(guò)幀數(shù)據(jù)區(qū)中指向常量池 的指針來(lái)訪(fǎng)問(wèn)它。常量池中對(duì)類(lèi)型、字段和方法的引用在開(kāi)始時(shí)都是符號(hào)。當(dāng)虛擬機(jī)在常量池中搜索時(shí)，如果遇到類(lèi)、接口、字段或者方法的入口，假若它們?nèi)匀皇? 符號(hào)，虛擬機(jī)那時(shí)候才會(huì)進(jìn)行解析。

3.8執(zhí)行引擎

指令集：方法的字節(jié)碼流是由Java虛擬機(jī)的指令序列構(gòu)成的。每一條指令包含一個(gè)單字節(jié)的操作碼，后面跟隨0個(gè)或多個(gè)操作數(shù)。操作碼本身就已經(jīng)規(guī)定了它是否需要跟隨操作數(shù)，以及如果有操作數(shù)它是什么形式的。當(dāng)虛擬機(jī)執(zhí)行一條指令的時(shí)候，可能使用當(dāng)前常量池中的項(xiàng)、當(dāng)前幀的局部變量中的值，或者當(dāng)前幀操作數(shù)棧頂端的值。

執(zhí)行技術(shù)：解釋、即時(shí)編譯、字適應(yīng)優(yōu)化、芯片級(jí)直接執(zhí)行。

Hotspot虛擬機(jī)就采用了自適應(yīng)優(yōu)化。自適應(yīng)優(yōu)化虛擬機(jī)開(kāi)始的時(shí)候?qū)λ械拇a都是解釋執(zhí)行，但是它會(huì)監(jiān)視代碼的執(zhí)行情況。大多數(shù)程序花費(fèi)80%-90%的時(shí)間來(lái)執(zhí)行10%-20%的代碼。虛擬機(jī)可以意識(shí)到那些方法是程序的熱區(qū)——就是那10%-20%的代碼，他們占整個(gè)執(zhí)行時(shí)間的80%-90%。當(dāng)自適應(yīng)優(yōu)化的虛擬機(jī)判斷出某個(gè)特定的方法是瓶頸的時(shí)候，它啟動(dòng)一個(gè)后臺(tái)線(xiàn)程，把字節(jié)碼編譯成本地代碼，非常仔細(xì)的優(yōu)化這些本地代碼。