• 如果是這個(gè)Action類(lèi)是第一次被調(diào)用，那么實(shí)例化一個(gè)并放入緩存
  
• 如果在配置文件(struts-config.xml)中指定了相應(yīng)的ActionForm，那么從Request中抓取數(shù)據(jù)填充FormBean
  
• 調(diào)用這個(gè)Action類(lèi)的perform()方法，傳入ActionMapping的一個(gè)引用，對(duì)應(yīng)的ActionForm、以及由容器傳給ActionServlet的HttpServletRequest、HttpServletResponse對(duì)象。

• application
  應(yīng)用使用的資源包(resources bundle)的基類(lèi)
  
• factory
  用于創(chuàng)建應(yīng)用的MessageResources對(duì)象的MessageResourcesFactory的類(lèi)名。確省是org.apache.struts.util.PropertyMessageResourcesFactory。
  
• config
  Struts的配置文件，確省是/WEB-INF/struts-config.xml。注意這兒是與應(yīng)用Context關(guān)聯(lián)的相對(duì)路徑。
  
• content
  定義了確省的內(nèi)容類(lèi)型和編碼格式，它會(huì)被自動(dòng)地被設(shè)置到每個(gè)response中，如果JSP/Servlet中沒(méi)有明確的設(shè)置。確省是text/html。
  
• debug
  調(diào)試信息的級(jí)別。默認(rèn)為0，比當(dāng)前級(jí)別高的調(diào)試信息會(huì)被log到日志文件中。
  
• detail
  與debug的作用類(lèi)似，只是這個(gè)detail是initMapping()時(shí)專(zhuān)用的。調(diào)試信息會(huì)被打印到System.out，而不是日志文件。
  
• formBean
  ActionFormBean的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，確省為org.apache.struts.action.ActionFormBean
  
• forward
  應(yīng)用中使用的ActionForward類(lèi)，確省是org.apache.struts.action.ActionForward。
  
• locale
  指定了確省使用的Locale對(duì)象。設(shè)為true，當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)session時(shí)，會(huì)自動(dòng)在session中存儲(chǔ)一個(gè)以Action.LOCALE_KEY標(biāo)示的Locale對(duì)象，如果session中還沒(méi)有與Action.LOCALE_KEY綁定的Locale對(duì)象。
  
• mapping
  應(yīng)用中使用的ActionMapping類(lèi)，確省是org.apache.struts.action.ActionMapping。
  
• multipartClass
  文件上傳使用的MutipartRequestHandler的實(shí)現(xiàn)類(lèi)。確省為org.apache.struts.upload.DiskMultipartRequestHandler
  
• nocache
  如果設(shè)為true，那么ActionServlet會(huì)自動(dòng)在每個(gè)到客戶(hù)端的響應(yīng)中添加nocache的HTML頭，這樣客戶(hù)端就不會(huì)對(duì)應(yīng)用中的頁(yè)面進(jìn)行緩存。確省為false
  
• null
  如果設(shè)置為true，那么應(yīng)用在得到一個(gè)未定義的message資源時(shí)，會(huì)返回null，而不是返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。確省是true。
  
• maxFileSize
  文件上傳的大小上限，確省為250M
  
• bufferSize
  文件上傳時(shí)的緩沖區(qū)的大小，確省為4M
  
• tempDir
  設(shè)置用于上傳時(shí)的臨時(shí)目錄。工作目錄會(huì)作為一個(gè)Servlet環(huán)境（Context）的屬性提供。
  
• validate
  Are we using the new configuration file format?確省為true。
  
• validating

init()

• initActions() －     大家可能還曾有這個(gè)疑問(wèn)：Struts為什么可以找到一個(gè)請(qǐng)求URI對(duì)應(yīng)的action類(lèi)呢？答案就在這兒，ActionServlet有一個(gè)actions屬性，類(lèi)型為org.apache.struts.util.FastHashMap，用于存儲(chǔ)以類(lèi)的全名為key的已實(shí)例化的Action類(lèi)。在init()時(shí)首先調(diào)用的就是initActions()方法，在這個(gè)方法中只是簡(jiǎn)單的清除map中的所有的名值對(duì)，
  
  2.         synchronized (actions) {
  3.             actions.setFast(false);
  4.             actions.clear();
  5.             actions.setFast(true);
  6.         }
  
  首先把a(bǔ)ctions設(shè)為slow模式，這時(shí)對(duì)FastHashMap的訪問(wèn)是線程同步的，然后清除actions中的所有的已存在的名/值對(duì)，最后再把a(bǔ)ctions的模式設(shè)為fast。由于FastHashMap是struts在java.util.HashMap的基礎(chǔ)上的一個(gè)擴(kuò)展類(lèi)，是為了適應(yīng)多線程、并且對(duì)HashMap的訪問(wèn)大部分是只讀的特殊環(huán)境的需要。大家知道java.util.HashMap是非線程安全的，所以HashMap一般適用于單線程環(huán)境下。org.apache.struts.FastHashMap就是繼承于java.util.HashMap，在其中添加多線程的支持產(chǎn)生的。在fast模式下的工作方式是這樣的：讀取是非線程同步的；寫(xiě)入時(shí)首先克隆當(dāng)前map，然后在這個(gè)克隆上做寫(xiě)入操做，完成后用這個(gè)修改后的克隆版本替換原來(lái)的map。那么在什么時(shí)候會(huì)把Actions類(lèi)添加到這個(gè)map中呢？我們已經(jīng)提到了struts是動(dòng)態(tài)的生成Action類(lèi)的實(shí)例的，在每次ActionServlet接收到一個(gè)GET或POST的HTTP請(qǐng)求時(shí)，會(huì)在這個(gè)map中查找對(duì)應(yīng)的Action類(lèi)的實(shí)例，如果不存在，那么就實(shí)例化一個(gè)，并放入map中?？梢?jiàn)這個(gè)actions屬性起到了對(duì)Action類(lèi)實(shí)例的緩存的作用。
  
• initInternal() －     初始化ActionServlet內(nèi)部使用的資源包MessageResources，使用MessageResources.getMessageResources(internalName)得到    internalName為"org.apache.struts.action.ActionResources"對(duì)應(yīng)的ActionResources.properties文件。這個(gè)資源包主要用于ActionServlet處理過(guò)程中的用到的提示信息，這兒不展開(kāi)討論。
  
• initDebug() －     從web.xml中讀取本應(yīng)用的debug級(jí)別參數(shù)getServletConfig().getInitParameter("debug")，然后賦給debug屬性。
  
• initApplication()－    初始化應(yīng)用資源包，并放置入ServletContext中。
  
  2.         String factory =getServletConfig().getInitParameter(“factory”);    
  3.         String oldFacory = MessageResourcesFactory.getFactoryClass();
  4.         if (factory !=null)
  5.                 MessageResourcesFactory.setFactoryClass(factory);
  6.         String value = getServletConfig().getInitParameter("application");
  7.         MessageResourcesFactory factoryObject =
  8.                 MessageResourcesFactory.createFactory();
  9.         application = factoryObject.createResources(value);
  10.         MessageResourcesFactory.setFactory(oldFactory); 
  11.         getServletContext().setAttribute(Action.MESSAGES_KEY, application);
  
  說(shuō)明：文中引用的代碼片斷可能會(huì)省略了一些例外檢查等非主線的內(nèi)容，敬請(qǐng)注意。
  
  首先從配置文件中讀取factory參數(shù)，如果這個(gè)參數(shù)不為空，那么就在MessageResourcesFactory中使用這個(gè)指定的Factory類(lèi)；否則，使用默認(rèn)的工廠類(lèi)org.apche.struts.util.PropertyMessageResourceFactory。然后調(diào)用MessageResourcesFactory的靜態(tài)createFactory()方法，生成一個(gè)具體的MessageResourceFactory對(duì)象（注意：MessageResourcesFactory是抽象類(lèi)）。這樣就可以調(diào)用這個(gè)具體的MessageResourceFactory的createResource()方法得到配置文件(web.xml)中定義的資源文件了。
  上面的application對(duì)象類(lèi)型為MessageResources。在web.xml中在配置ActionServlet時(shí)可以指定一個(gè)特定的工廠類(lèi)。不能直接MessageResourcesFactory的createResources()方法，因?yàn)檫@個(gè)方法是abstract的。創(chuàng)建factoryObject的過(guò)程如下：
  
  1.     
  2.         MessageResourceFactory factoryObject=
  3.                 MessageResourcesFactory.createFactory();
  4.         application = factoryObject.createResources(value);
  
  <li>initMapping() －    為應(yīng)用初始化mapping信息ActionServlet有一個(gè)protected的屬性：mapping，封裝了一個(gè)ActionMapping的對(duì)象集合，以便于管理、查找ActionMapping。mappings是org.apache.struts.action.ActionMappings類(lèi)的實(shí)例。主要有兩個(gè)方法：addMapping(ActionMapping mapping)和findMapping(String path)。ActionMapping也是使用上面提到的org.apache.struts.util.FastHashMap類(lèi)來(lái)存儲(chǔ)所有的ActionMapping對(duì)象。
  
  2.         mappings.setServlet(this);
  3.         ……
  4.         // Initialize the name of our ActionFormBean implementation class
  5.         value = getServletConfig().getInitParameter("formBean");
  6.         if (value != null)
  7.             formBeanClass = value;
  8.     
  9.         // Initialize the name of our ActionForward implementation class
  10.         value = getServletConfig().getInitParameter("forward");
  11.         if (value != null)
  12.                 forwardClass = value;
  14.         // Initialize the name of our ActionMapping implementation class
  15.         value = getServletConfig().getInitParameter("mapping");
  16.         if (value != null)
  17.                 mappingClass = value;
  
  在initMapping()中，首先鏈接mappings對(duì)象到本servlet實(shí)例。其實(shí)這句話(huà)的作用很簡(jiǎn)單，在ActionMappings中會(huì)有一個(gè)ActionServlet類(lèi)型的屬性，這個(gè)屬性就界定了這個(gè)ActionMappings對(duì)象所屬的ActionServlet。Struts的實(shí)現(xiàn)比較靈活，其中的ActionFormBean、ActionForward、ActionMapping類(lèi)你完全可以使用自己實(shí)現(xiàn)的子類(lèi)，來(lái)定制Struts的工作方式。上面的代碼就從配置文件（web.xml）中讀取formBean、forward、mapping參數(shù)，這些參數(shù)就是你定制的ActionFormBean、ActionForward、ActionMapping類(lèi)名。
  
  2.         // Initialize the context-relative path to our configuration resources
  3.         value = getServletConfig().getInitParameter("config");
  4.         if (value != null)
  5.                 config = value;
  6.                 // Acquire an input stream to our configuration resource
  7.         InputStream input = getServletContext().getResourceAsStream(config);
  8.         Digester digester = null;
  9.                 digester = initDigester(detail);
  10.         try {
  11.                 formBeans.setFast(false);
  12.                 forwards.setFast(false);
  13.                 mappings.setFast(false);
  14.                 digester.parse(input);
  15.                 mappings.setFast(true);
  16.                 forwards.setFast(true);
  17.                 formBeans.setFast(true);
  18.         } catch (SAXException e) {
  19.                 throw new ServletException
  20.         (internal.getMessage("configParse", config), e);
  21.         } finally {
  22.                 input.close();
  23.         }
  
  從web.xml讀取Struts的配置文件的位置。使用org.apache.struts.digester.Digester解析config參數(shù)標(biāo)示的配置文件，通常為“/WEB-INF/struts-config.xml”，解析出所有的data-source、form-bean、action-mapping、forward。從上面的程序片斷看到，Digester僅僅調(diào)用了一個(gè)parse()方法，那么，Digester是怎樣把解析struts-config.xml文件并把解析的結(jié)果form-bean等信息存儲(chǔ)到屬性變量formBeans等中的呢？你可以注意到在調(diào)用digester.parse(InputStream)之前，首先調(diào)用了initDigester()方法：
  
  2.         Digester digester = new Digester();
  3.         digester.push(this);
  4.         digester.addObjectCreate("struts-config/action-mappings/action",
  5.                                  mappingClass, "className");
  6.         digester.addSetProperties("struts-config/action-mappings/action");
  7.         digester.addSetNext("struts-config/action-mappings/action",
  8.                             "addMapping",
  9.                             "org.apache.struts.action.ActionMapping");
  11.         digester.addSetProperty
  12.             ("struts-config/action-mappings/action/set-property",
  13.              "property", "value");
  
  在這個(gè)方法中首先生成一個(gè)Digester對(duì)象，然后設(shè)置解析的規(guī)則和回調(diào)，如果你對(duì)XML、SAX不是很熟，這兒不必糾纏太深。要注意的是addSetNext()方法，設(shè)置了每一個(gè)要解析元素的Set Next回調(diào)方法，而這個(gè)方法就是由digester解析器的父提供的。上面的片斷中的“addMapping”就是ActionServlet本身定義的一個(gè)方法，將由Digester回調(diào)。Digester就是籍此把解析出的每一個(gè)FormBean、ActionForward、ActionMapping等存儲(chǔ)到屬性變量formBeans、forwards、mappings等中的。
  
• initUpload() －    初始化有關(guān)Upload的一些參數(shù)，比如：bufferSize、tempDir。
  
• initDataSource() －取出在initMapping()中從配置文件中讀取的每一個(gè)DataSource，設(shè)置LogWriter，如果為GenericDataSource的實(shí)例，則打開(kāi)數(shù)據(jù)源。然后，把每個(gè)dataSource放入Context中。
  dataSource.setLogWriter(scw)；
  ((GenericDataSource)dataSource).open();
  getServletContext().setAttribute(key,dataSource);
  
• initOther() －        設(shè)置其它尚未初始化的的參數(shù)（content、locale、nocache），并發(fā)布formBeans、forwards、mappings到Context：
  getServletContext().setAttribute(Action.FORM_BEANS_KEY, formBeans);
  getServletContext().setAttribute(Action.FORWARDS_KEY, forwards);
  getServletContext().setAttribute(Action.MAPPINGS_KEY, mappings);
  
• initServlet() －    初始化Controller Servlet的Servlet Mapping。這兒也使用了Digester工具，掃描web.xml所有的<web-app/servlet-mapping>，尋找servlet-name與當(dāng)前Servlet相同的mapping，置入Context。代碼如下；
  
  2.         Digester digester = new Digester();
  3.         digester.push(this);
  4.         digester.setDebug(debug);
  5.         digester.setValidating(validating);
  6.         digester.addCallMethod(“web-appservlet-mapping”,“addServletMapping”, 2);
  7.         digester.addCallParm(“web-appservlet-mappingservlet-name”, 0);
  8.         digester.addCallParm(“web-appservlet-mappingurl-pattern”, 1);
  9.         InputStream is = getServletContext().getResourceAsStream(“/WEB-INFweb.xml”);
  10.         digester.parse(is); 
  11.         getServletContext().setAttribute(Action.SERVLET_KEY,servletMapping);

Java虛擬機(jī)的深入研究

作者：劉學(xué)超

1??Java技術(shù)與Java虛擬機(jī)

說(shuō)起Java，人們首先想到的是Java編程語(yǔ)言，然而事實(shí)上，Java是一種技術(shù)，它由四方面組成: Java編程語(yǔ)言、Java類(lèi)文件格式、Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口(Java API)。它們的關(guān)系如下圖所示：

圖1??Java四個(gè)方面的關(guān)系

運(yùn)行期環(huán)境代表著Java平臺(tái)，開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)Java代碼(.java文件)，然后將之編譯成字節(jié)碼(.class文件)。最后字節(jié)碼被裝入內(nèi)存，一旦字節(jié)碼進(jìn)入虛擬機(jī)，它就會(huì)被解釋器解釋執(zhí)行，或者是被即時(shí)代碼發(fā)生器有選擇的轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼執(zhí)行。從上圖也可以看出Java平臺(tái)由Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口搭建，Java語(yǔ)言則是進(jìn)入這個(gè)平臺(tái)的通道，用Java語(yǔ)言編寫(xiě)并編譯的程序可以運(yùn)行在這個(gè)平臺(tái)上。這個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

在Java平臺(tái)的結(jié)構(gòu)中, 可以看出，Java虛擬機(jī)(JVM) 處在核心的位置，是程序與底層操作系統(tǒng)和硬件無(wú)關(guān)的關(guān)鍵。它的下方是移植接口，移植接口由兩部分組成：適配器和Java操作系統(tǒng), 其中依賴(lài)于平臺(tái)的部分稱(chēng)為適配器；JVM 通過(guò)移植接口在具體的平臺(tái)和操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)；在JVM 的上方是Java的基本類(lèi)庫(kù)和擴(kuò)展類(lèi)庫(kù)以及它們的API， 利用Java API編寫(xiě)的應(yīng)用程序(application) 和小程序(Java applet) 可以在任何Java平臺(tái)上運(yùn)行而無(wú)需考慮底層平臺(tái), 就是因?yàn)橛蠮ava虛擬機(jī)(JVM)實(shí)現(xiàn)了程序與操作系統(tǒng)的分離，從而實(shí)現(xiàn)了Java 的平臺(tái)無(wú)關(guān)性。

那么到底什么是Java虛擬機(jī)(JVM)呢？通常我們談?wù)揓VM時(shí)，我們的意思可能是：

1. 對(duì)JVM規(guī)范的的比較抽象的說(shuō)明；
2. 對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)；
3. 在程序運(yùn)行期間所生成的一個(gè)JVM實(shí)例。

對(duì)JVM規(guī)范的的抽象說(shuō)明是一些概念的集合，它們已經(jīng)在書(shū)《The Java Virtual Machine Specification》（《Java虛擬機(jī)規(guī)范》）中被詳細(xì)地描述了；對(duì)JVM的具體實(shí)現(xiàn)要么是軟件，要么是軟件和硬件的組合，它已經(jīng)被許多生產(chǎn)廠商所實(shí)現(xiàn)，并存在于多種平臺(tái)之上；運(yùn)行Java程序的任務(wù)由JVM的運(yùn)行期實(shí)例單個(gè)承擔(dān)。在本文中我們所討論的Java虛擬機(jī)(JVM)主要針對(duì)第三種情況而言。它可以被看成一個(gè)想象中的機(jī)器，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)，有自己想象中的硬件，如處理器、堆棧、寄存器等，還有自己相應(yīng)的指令系統(tǒng)。

JVM在它的生存周期中有一個(gè)明確的任務(wù)，那就是運(yùn)行Java程序，因此當(dāng)Java程序啟動(dòng)的時(shí)候，就產(chǎn)生JVM的一個(gè)實(shí)例；當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束的時(shí)候，該實(shí)例也跟著消失了。下面我們從JVM的體系結(jié)構(gòu)和它的運(yùn)行過(guò)程這兩個(gè)方面來(lái)對(duì)它進(jìn)行比較深入的研究。

2??Java虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

剛才已經(jīng)提到，JVM可以由不同的廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于廠商的不同必然導(dǎo)致JVM在實(shí)現(xiàn)上的一些不同，然而JVM還是可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的特性，這就要?dú)w功于設(shè)計(jì)JVM時(shí)的體系結(jié)構(gòu)了。

我們知道，一個(gè)JVM實(shí)例的行為不光是它自己的事，還涉及到它的子系統(tǒng)、存儲(chǔ)區(qū)域、數(shù)據(jù)類(lèi)型和指令這些部分，它們描述了JVM的一個(gè)抽象的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，其目的不光規(guī)定實(shí)現(xiàn)JVM時(shí)它內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，更重要的是提供了一種方式，用于嚴(yán)格定義實(shí)現(xiàn)時(shí)的外部行為。每個(gè)JVM都有兩種機(jī)制，一個(gè)是裝載具有合適名稱(chēng)的類(lèi)(類(lèi)或是接口)，叫做類(lèi)裝載子系統(tǒng)；另外的一個(gè)負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在已裝載的類(lèi)或接口中的指令，叫做運(yùn)行引擎。每個(gè)JVM又包括方法區(qū)、堆、Java棧、程序計(jì)數(shù)器和本地方法棧這五個(gè)部分，這幾個(gè)部分和類(lèi)裝載機(jī)制與運(yùn)行引擎機(jī)制一起組成的體系結(jié)構(gòu)圖為：

圖3??JVM的體系結(jié)構(gòu)

JVM的每個(gè)實(shí)例都有一個(gè)它自己的方法域和一個(gè)堆，運(yùn)行于JVM內(nèi)的所有的線程都共享這些區(qū)域；當(dāng)虛擬機(jī)裝載類(lèi)文件的時(shí)候，它解析其中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)所包含的類(lèi)信息，并把它們放到方法域中；當(dāng)程序運(yùn)行的時(shí)候，JVM把程序初始化的所有對(duì)象置于堆上；而每個(gè)線程創(chuàng)建的時(shí)候，都會(huì)擁有自己的程序計(jì)數(shù)器和Java棧，其中程序計(jì)數(shù)器中的值指向下一條即將被執(zhí)行的指令，線程的Java棧則存儲(chǔ)為該線程調(diào)用Java方法的狀態(tài)；本地方法調(diào)用的狀態(tài)被存儲(chǔ)在本地方法棧，該方法棧依賴(lài)于具體的實(shí)現(xiàn)。

下面分別對(duì)這幾個(gè)部分進(jìn)行說(shuō)明。

執(zhí)行引擎處于JVM的核心位置，在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，它的行為是由指令集所決定的。盡管對(duì)于每條指令，規(guī)范很詳細(xì)地說(shuō)明了當(dāng)JVM執(zhí)行字節(jié)碼遇到指令時(shí)，它的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該做什么，但對(duì)于怎么做卻言之甚少。Java虛擬機(jī)支持大約248個(gè)字節(jié)碼。每個(gè)字節(jié)碼執(zhí)行一種基本的CPU運(yùn)算,例如,把一個(gè)整數(shù)加到寄存器,子程序轉(zhuǎn)移等。Java指令集相當(dāng)于Java程序的匯編語(yǔ)言。

Java指令集中的指令包含一個(gè)單字節(jié)的操作符,用于指定要執(zhí)行的操作,還有0個(gè)或多個(gè)操作數(shù),提供操作所需的參數(shù)或數(shù)據(jù)。許多指令沒(méi)有操作數(shù),僅由一個(gè)單字節(jié)的操作符構(gòu)成。

虛擬機(jī)的內(nèi)層循環(huán)的執(zhí)行過(guò)程如下: 
do{ 
取一個(gè)操作符字節(jié); 
根據(jù)操作符的值執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作; 
}while(程序未結(jié)束)

由于指令系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性,使得虛擬機(jī)執(zhí)行的過(guò)程十分簡(jiǎn)單,從而有利于提高執(zhí)行的效率。指令中操作數(shù)的數(shù)量和大小是由操作符決定的。如果操作數(shù)比一個(gè)字節(jié)大,那么它存儲(chǔ)的順序是高位字節(jié)優(yōu)先。例如,一個(gè)16位的參數(shù)存放時(shí)占用兩個(gè)字節(jié),其值為:

第一個(gè)字節(jié)*256+第二個(gè)字節(jié)字節(jié)碼。

指令流一般只是字節(jié)對(duì)齊的。指令tableswitch和lookup是例外,在這兩條指令內(nèi)部要求強(qiáng)制的4字節(jié)邊界對(duì)齊。

對(duì)于本地方法接口，實(shí)現(xiàn)JVM并不要求一定要有它的支持，甚至可以完全沒(méi)有。Sun公司實(shí)現(xiàn)Java本地接口(JNI)是出于可移植性的考慮，當(dāng)然我們也可以設(shè)計(jì)出其它的本地接口來(lái)代替Sun公司的JNI。但是這些設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是比較復(fù)雜的事情，需要確保垃圾回收器不會(huì)將那些正在被本地方法調(diào)用的對(duì)象釋放掉。

Java的堆是一個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū),類(lèi)的實(shí)例(對(duì)象)從中分配空間，它的管理是由垃圾回收來(lái)負(fù)責(zé)的:不給程序員顯式釋放對(duì)象的能力。Java不規(guī)定具體使用的垃圾回收算法,可以根據(jù)系統(tǒng)的需求使用各種各樣的算法。

Java方法區(qū)與傳統(tǒng)語(yǔ)言中的編譯后代碼或是Unix進(jìn)程中的正文段類(lèi)似。它保存方法代碼(編譯后的java代碼)和符號(hào)表。在當(dāng)前的Java實(shí)現(xiàn)中,方法代碼不包括在垃圾回收堆中,但計(jì)劃在將來(lái)的版本中實(shí)現(xiàn)。每個(gè)類(lèi)文件包含了一個(gè)Java類(lèi)或一個(gè)Java界面的編譯后的代碼?？梢哉f(shuō)類(lèi)文件是Java語(yǔ)言的執(zhí)行代碼文件。為了保證類(lèi)文件的平臺(tái)無(wú)關(guān)性,Java虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)類(lèi)文件的格式也作了詳細(xì)的說(shuō)明。其具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參考Sun公司的Java虛擬機(jī)規(guī)范。

Java虛擬機(jī)的寄存器用于保存機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài),與微處理器中的某些專(zhuān)用寄存器類(lèi)似。Java虛擬機(jī)的寄存器有四種:

1. pc: Java程序計(jì)數(shù)器；
2. optop: 指向操作數(shù)棧頂端的指針；
3. frame: 指向當(dāng)前執(zhí)行方法的執(zhí)行環(huán)境的指針；。
4. vars: 指向當(dāng)前執(zhí)行方法的局部變量區(qū)第一個(gè)變量的指針。

在上述體系結(jié)構(gòu)圖中，我們所說(shuō)的是第一種，即程序計(jì)數(shù)器，每個(gè)線程一旦被創(chuàng)建就擁有了自己的程序計(jì)數(shù)器。當(dāng)線程執(zhí)行Java方法的時(shí)候，它包含該線程正在被執(zhí)行的指令的地址。但是若線程執(zhí)行的是一個(gè)本地的方法，那么程序計(jì)數(shù)器的值就不會(huì)被定義。

Java虛擬機(jī)的棧有三個(gè)區(qū)域:局部變量區(qū)、運(yùn)行環(huán)境區(qū)、操作數(shù)區(qū)。

局部變量區(qū)

每個(gè)Java方法使用一個(gè)固定大小的局部變量集。它們按照與vars寄存器的字偏移量來(lái)尋址。局部變量都是32位的。長(zhǎng)整數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)占據(jù)了兩個(gè)局部變量的空間,卻按照第一個(gè)局部變量的索引來(lái)尋址。(例如,一個(gè)具有索引n的局部變量,如果是一個(gè)雙精度浮點(diǎn)數(shù),那么它實(shí)際占據(jù)了索引n和n+1所代表的存儲(chǔ)空間)虛擬機(jī)規(guī)范并不要求在局部變量中的64位的值是64位對(duì)齊的。虛擬機(jī)提供了把局部變量中的值裝載到操作數(shù)棧的指令,也提供了把操作數(shù)棧中的值寫(xiě)入局部變量的指令。

運(yùn)行環(huán)境區(qū)

在運(yùn)行環(huán)境中包含的信息用于動(dòng)態(tài)鏈接,正常的方法返回以及異常捕捉。

動(dòng)態(tài)鏈接

運(yùn)行環(huán)境包括對(duì)指向當(dāng)前類(lèi)和當(dāng)前方法的解釋器符號(hào)表的指針,用于支持方法代碼的動(dòng)態(tài)鏈接。方法的class文件代碼在引用要調(diào)用的方法和要訪問(wèn)的變量時(shí)使用符號(hào)。動(dòng)態(tài)鏈接把符號(hào)形式的方法調(diào)用翻譯成實(shí)際方法調(diào)用,裝載必要的類(lèi)以解釋還沒(méi)有定義的符號(hào),并把變量訪問(wèn)翻譯成與這些變量運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的偏移地址。動(dòng)態(tài)鏈接方法和變量使得方法中使用的其它類(lèi)的變化不會(huì)影響到本程序的代碼。

正常的方法返回

如果當(dāng)前方法正常地結(jié)束了,在執(zhí)行了一條具有正確類(lèi)型的返回指令時(shí),調(diào)用的方法會(huì)得到一個(gè)返回值。執(zhí)行環(huán)境在正常返回的情況下用于恢復(fù)調(diào)用者的寄存器,并把調(diào)用者的程序計(jì)數(shù)器增加一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)值,以跳過(guò)已執(zhí)行過(guò)的方法調(diào)用指令,然后在調(diào)用者的執(zhí)行環(huán)境中繼續(xù)執(zhí)行下去。

異常捕捉

異常情況在Java中被稱(chēng)作Error(錯(cuò)誤)或Exception(異常),是Throwable類(lèi)的子類(lèi),在程序中的原因是:①動(dòng)態(tài)鏈接錯(cuò),如無(wú)法找到所需的class文件。②運(yùn)行時(shí)錯(cuò),如對(duì)一個(gè)空指針的引用。程序使用了throw語(yǔ)句。

當(dāng)異常發(fā)生時(shí),Java虛擬機(jī)采取如下措施:

• 檢查與當(dāng)前方法相聯(lián)系的catch子句表。每個(gè)catch子句包含其有效指令范圍,能夠處理的異常類(lèi)型,以及處理異常的代碼塊地址。
• 與異常相匹配的catch子句應(yīng)該符合下面的條件:造成異常的指令在其指令范圍之內(nèi),發(fā)生的異常類(lèi)型是其能處理的異常類(lèi)型的子類(lèi)型。如果找到了匹配的catch子句,那么系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到指定的異常處理塊處執(zhí)行;如果沒(méi)有找到異常處理塊,重復(fù)尋找匹配的catch子句的過(guò)程,直到當(dāng)前方法的所有嵌套的catch子句都被檢查過(guò)。
• 由于虛擬機(jī)從第一個(gè)匹配的catch子句處繼續(xù)執(zhí)行,所以catch子句表中的順序是很重要的。因?yàn)镴ava代碼是結(jié)構(gòu)化的,因此總可以把某個(gè)方法的所有的異常處理器都按序排列到一個(gè)表中,對(duì)任意可能的程序計(jì)數(shù)器的值,都可以用線性的順序找到合適的異常處理塊,以處理在該程序計(jì)數(shù)器值下發(fā)生的異常情況。
• 如果找不到匹配的catch子句,那么當(dāng)前方法得到一個(gè)"未截獲異常"的結(jié)果并返回到當(dāng)前方法的調(diào)用者,好像異常剛剛在其調(diào)用者中發(fā)生一樣。如果在調(diào)用者中仍然沒(méi)有找到相應(yīng)的異常處理塊,那么這種錯(cuò)誤將被傳播下去。如果錯(cuò)誤被傳播到最頂層,那么系統(tǒng)將調(diào)用一個(gè)缺省的異常處理塊。

操作數(shù)棧區(qū)

機(jī)器指令只從操作數(shù)棧中取操作數(shù),對(duì)它們進(jìn)行操作,并把結(jié)果返回到棧中。選擇棧結(jié)構(gòu)的原因是:在只有少量寄存器或非通用寄存器的機(jī)器(如Intel486)上,也能夠高效地模擬虛擬機(jī)的行為。操作數(shù)棧是32位的。它用于給方法傳遞參數(shù),并從方法接收結(jié)果,也用于支持操作的參數(shù),并保存操作的結(jié)果。例如,iadd指令將兩個(gè)整數(shù)相加。相加的兩個(gè)整數(shù)應(yīng)該是操作數(shù)棧頂?shù)膬蓚€(gè)字。這兩個(gè)字是由先前的指令壓進(jìn)堆棧的。這兩個(gè)整數(shù)將從堆棧彈出、相加,并把結(jié)果壓回到操作數(shù)棧中。

每個(gè)原始數(shù)據(jù)類(lèi)型都有專(zhuān)門(mén)的指令對(duì)它們進(jìn)行必須的操作。每個(gè)操作數(shù)在棧中需要一個(gè)存儲(chǔ)位置,除了long和double型,它們需要兩個(gè)位置。操作數(shù)只能被適用于其類(lèi)型的操作符所操作。例如,壓入兩個(gè)int類(lèi)型的數(shù),如果把它們當(dāng)作是一個(gè)long類(lèi)型的數(shù)則是非法的。在Sun的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)中,這個(gè)限制由字節(jié)碼驗(yàn)證器強(qiáng)制實(shí)行。但是,有少數(shù)操作(操作符dupe和swap),用于對(duì)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行操作時(shí)是不考慮類(lèi)型的。

本地方法棧，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用本地方法時(shí)，它就不再受到虛擬機(jī)關(guān)于結(jié)構(gòu)和安全限制方面的約束，它既可以訪問(wèn)虛擬機(jī)的運(yùn)行期數(shù)據(jù)區(qū)，也可以使用本地處理器以及任何類(lèi)型的棧。例如，本地棧是一個(gè)C語(yǔ)言的棧，那么當(dāng)C程序調(diào)用C函數(shù)時(shí)，函數(shù)的參數(shù)以某種順序被壓入棧，結(jié)果則返回給調(diào)用函數(shù)。在實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)時(shí)，本地方法接口使用的是C語(yǔ)言的模型棧，那么它的本地方法棧的調(diào)度與使用則完全與C語(yǔ)言的棧相同。

3??Java虛擬機(jī)的運(yùn)行過(guò)程

上面對(duì)虛擬機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行了比較詳細(xì)的說(shuō)明，下面通過(guò)一個(gè)具體的例子來(lái)分析它的運(yùn)行過(guò)程。

虛擬機(jī)通過(guò)調(diào)用某個(gè)指定類(lèi)的方法main啟動(dòng)，傳遞給main一個(gè)字符串?dāng)?shù)組參數(shù)，使指定的類(lèi)被裝載，同時(shí)鏈接該類(lèi)所使用的其它的類(lèi)型，并且初始化它們。例如對(duì)于程序：

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[i]);
		}
	}
}

編譯后在命令行模式下鍵入： java HelloApp run virtual machine

將通過(guò)調(diào)用HelloApp的方法main來(lái)啟動(dòng)java虛擬機(jī)，傳遞給main一個(gè)包含三個(gè)字符串"run"、"virtual"、"machine"的數(shù)組?，F(xiàn)在我們略述虛擬機(jī)在執(zhí)行HelloApp時(shí)可能采取的步驟。

開(kāi)始試圖執(zhí)行類(lèi)HelloApp的main方法，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)并沒(méi)有被裝載，也就是說(shuō)虛擬機(jī)當(dāng)前不包含該類(lèi)的二進(jìn)制代表，于是虛擬機(jī)使用ClassLoader試圖尋找這樣的二進(jìn)制代表。如果這個(gè)進(jìn)程失敗，則拋出一個(gè)異常。類(lèi)被裝載后同時(shí)在main方法被調(diào)用之前，必須對(duì)類(lèi)HelloApp與其它類(lèi)型進(jìn)行鏈接然后初始化。鏈接包含三個(gè)階段：檢驗(yàn)，準(zhǔn)備和解析。檢驗(yàn)檢查被裝載的主類(lèi)的符號(hào)和語(yǔ)義，準(zhǔn)備則創(chuàng)建類(lèi)或接口的靜態(tài)域以及把這些域初始化為標(biāo)準(zhǔn)的默認(rèn)值，解析負(fù)責(zé)檢查主類(lèi)對(duì)其它類(lèi)或接口的符號(hào)引用，在這一步它是可選的。類(lèi)的初始化是對(duì)類(lèi)中聲明的靜態(tài)初始化函數(shù)和靜態(tài)域的初始化構(gòu)造方法的執(zhí)行。一個(gè)類(lèi)在初始化之前它的父類(lèi)必須被初始化。整個(gè)過(guò)程如下：

圖4：虛擬機(jī)的運(yùn)行過(guò)程

4??結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)JVM的體系結(jié)構(gòu)的深入研究以及一個(gè)Java程序執(zhí)行時(shí)虛擬機(jī)的運(yùn)行過(guò)程的詳細(xì)分析，意在剖析清楚Java虛擬機(jī)的機(jī)理。