java程序计数器保存什么数据？java工作原理

本篇文章给大家谈谈java程序计数器保存什么数据，以及java工作原理对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。

什么是Java虚拟机

虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java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。

这种解释应该算是正确的，但是只描述了虚拟机的外部行为和功能，并没有针对内部原理做出说明。一般情况下我们不需要知道虚拟机的运行原理，只要专注写java代码就可以了，这也正是虚拟机之所以存在的原因--屏蔽底层操作系统平台的不同并且减少基于原生语言开发的复杂性，使java这门语言能够跨各种平台（只要虚拟机厂商在特定平台上实现了虚拟机），并且简单易用。这些都是虚拟机的外部特性，但是从这些信息来解释虚拟机，未免太笼统了，无法让我们知道内部原理。

从进程的角度解释JVM

让我们尝试从操作系统的层面来理解虚拟机。我们知道，虚拟机是运行在操作系统之中的，那么什么东西才能在操作系统中运行呢？当然是进程，因为进程是操作系统中的执行单位。可以这样理解，当它在运行的时候，它就是一个操作系统中的进程实例，当它没有在运行时（作为可执行文件存放于文件系统中），可以把它叫做程序。

对命令行比较熟悉的同学，都知道其实一个命令对应一个可执行的二进制文件，当敲下这个命令并且回车后，就会创建一个进程，加载对应的可执行文件到进程的地址空间中，并且执行其中的指令。下面对比C语言和Java语言的HelloWorld程序来说明问题。

首先编写C语言版的HelloWorld程序。

编译C语言版的HelloWorld程序：

gcc HelloWorld.c-o HelloWorld

运行C语言版的HelloWorld程序：

zhangjg@linux:/deve/workspace/HelloWorld/src$./HelloWorld

hello world

gcc编译器编译后的文件直接就是可被操作系统识别的二进制可执行文件，当我们在命令行中敲下./HelloWorld这条命令的时候，直接创建一个进程，并且将可执行文件加载到进程的地址空间中，执行文件中的指令。

作为对比，我们看一下Java版HelloWord程序的编译和执行形式。

首先编写源文件HelloWord.java：

编译Java版的HelloWorld程序：

运行Java版的HelloWorld程序：

zhangjg@linux:/deve/workspace/HelloJava/src$ java-classpath. HelloWorld

HelloWorld

从上面的过程可以看到，我们在运行Java版的HelloWorld程序的时候，敲入的命令并不是./HelloWorld.class。因为class文件并不是可以直接被操作系统识别的二进制可执行文件。我们敲入的是java这个命令。这个命令说明，我们首先启动的是一个叫做java的程序，这个java程序在运行起来之后就是一个JVM进程实例。

上面的命令执行流程是这样的：

java命令首先启动虚拟机进程，虚拟机进程成功启动后，读取参数“HelloWorld”，把他作为初始类加载到内存，对这个类进行初始化和动态链接（关于类的初始化和动态链接会在后面的博客中介绍），然后从这个类的main方法开始执行。也就是说我们的.class文件不是直接被系统加载后直接在cpu上执行的，而是被一个叫做虚拟机的进程托管的。首先必须虚拟机进程启动就绪，然后由虚拟机中的类加载器加载必要的class文件，包括jdk中的基础类（如String和Object等），然后由虚拟机进程解释class字节码指令，把这些字节码指令翻译成本机cpu能够识别的指令，才能在cpu上运行。

从这个层面上来看，在执行一个所谓的java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程，而不是我们写的一个个的class文件。这个叫做虚拟机的进程处理一些底层的操作，比如内存的分配和释放等等。我们编写的class文件只是虚拟机进程执行时需要的“原料”。这些“原料”在运行时被加载到虚拟机中，被虚拟机解释执行，以控制虚拟机实现我们java代码中所定义的一些相对高层的操作，比如创建一个文件等，可以将class文件中的信息看做对虚拟机的控制信息，也就是一种虚拟指令。

编程语言也有自己的原理，学习一门语言，主要是把它的原理搞明白。看似一个简单的HelloWorld程序，也有很多深入的内容值得剖析。

JVM体系结构简介

为了展示虚拟机进程和class文件的关系，特意画了下面一张图：

根据上图表达的内容，我们编译之后的class文件是作为Java虚拟机的原料被输入到Java虚拟机的内部的，那么具体由谁来做这一部分工作呢？其实在Java虚拟机内部，有一个叫做类加载器的子系统，这个子系统用来在运行时根据需要加载类。注意上面一句话中的“根据需要”四个字。在Java虚拟机执行过程中，只有他需要一个类的时候，才会调用类加载器来加载这个类，并不会在开始运行时加载所有的类。就像一个人，只有饿的时候才去吃饭，而不是一次把一年的饭都吃到肚子里。一般来说，虚拟机加载类的时机，在第一次使用一个新的类的时候。本专栏后面的文章会具体讨论Java中的类加载器。

由虚拟机加载的类，被加载到Java虚拟机内存中之后，虚拟机会读取并执行它里面存在的字节码指令。虚拟机中执行字节码指令的部分叫做执行引擎。就像一个人，不是把饭吃下去就完事了，还要进行消化，执行引擎就相当于人的肠胃系统。在执行的过程中还会把各个class文件动态的连接起来。关于执行引擎的具体行为和动态链接相关的内容也会在本专栏后续的文章中进行讨论。

我们知道，Java虚拟机会进行自动内存管理。具体说来就是自动释放没有用的对象，而不需要程序员编写代码来释放分配的内存。这部分工作由垃圾收集子系统负责。

从上面的论述可以知道，一个Java虚拟机实例在运行过程中有三个子系统来保障它的正常运行，分别是类加载器子系统，执行引擎子系统和垃圾收集子系统。如下图所示：

虚拟机的运行，必须加载class文件，并且执行class文件中的字节码指令。它做这么多事情，必须需要自己的空间。就像人吃下去的东西首先要放在胃中。虚拟机也需要空间来存放个中数据。首先，加载的字节码，需要一个单独的内存空间来存放；一个线程的执行，也需要内存空间来维护方法的调用关系，存放方法中的数据和中间计算结果；在执行的过程中，无法避免的要创建对象，创建的对象需要一个专门的内存空间来存放。关于虚拟机运行时数据区的内容，也会出现在本专栏后续的文章中。虚拟机的运行时内存区大概可以分成下图所示的几个部分。(这里只是大概划分，并没有划分的很精细)

写到这里，基本上关于我对java虚拟机的理解就写完了。这篇文章的主题虽然是深入理解Java虚拟机，但是你可能感觉一点也不“深入”，也只是泛泛而谈。我也有这样的感觉。限于自己水平有限，也只能这样了，要是想深入理解java虚拟机，强烈建议读一下三本书：

《深入Java虚拟机》

《深入理解Java虚拟机JVM高级特性与最佳实践》

《Java虚拟机规范》

其实我也读过这几本书，但是它们对虚拟机的解释也是基于一个外部模型，而没有深入剖析虚拟机内部的实现原理。虚拟机是一个大而复杂的东西，实现虚拟机的人都是大牛级别的，如果不是参与过虚拟机的实现，应该很少有人能把它参透。本专栏后面的一些文章也参考了这三本书，虽然讲解Java语法的书不计其数，但是深入讲解虚拟机的书，目前为止我就见过这三本，并且网上的资料也不是很多。

最后做一个总结：

1虚拟机并不神秘，在操作系统的角度看来，它只是一个普通进程。

2这个叫做虚拟机的进程比较特殊，它能够加载我们编写的class文件。如果把JVM比作一个人，那么class文件就是我们吃的食物。

3加载class文件的是一个叫做类加载器的子系统。就好比我们的嘴巴，把食物吃到肚子里。

4虚拟机中的执行引擎用来执行class文件中的字节码指令。就好比我们的肠胃，对吃进去的食物进行消化。

5虚拟机在执行过程中，要分配内存创建对象。当这些对象过时无用了，必须要自动清理这些无用的对象。清理对象回收内存的任务由垃圾收集器负责。就好比人吃进去的食物，在消化之后，必须把废物排出体外，腾出空间可以在下次饿的时候吃饭并消化食物。

扩展资料：

关于JAVA虚拟机的参数说明如下：

1、运行class文件

执行带main方法的class文件，Java虚拟机[3]命令参数行为：

java<CLASS文件名>

注意：CLASS文件名不要带文件后缀.class

例如：

java Test

如果执行的class文件是带包的，即在类文件中使用了：

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

2、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

3、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

4、增加虚拟机可以使用的最大内存

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的异常。启动java时，需要使用如下两个参数：

-Xms java虚拟机初始化时使用的内存大小

-Xmx java虚拟机可以使用的最大内存

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'

参考资料：百度百科-java虚拟机

java工作原理

Java工作原理

由四方面组成：

（1）Java编程语言

（2）Java类文件格式

（3）Java虚拟机

（4）Java应用程序接口

当编辑并运行一个Java程序时，需要同时涉及到这四种方面。使用文字编辑软件（例如记事本、写字板、UltraEdit等）或集成开发环境（Eclipse、MyEclipse等）在Java源文件中定义不同的类，通过调用类（这些类实现了Java API）中的方法来访问资源系统，把源文件编译生成一种二进制中间码，存储在class文件中，然后再通过运行与操作系统平台环境相对应的Java虚拟机来运行class文件，执行编译产生的字节码，调用class文件中实现的方法来满足程序的Java API调用。

计数器的java代码

Java技术与Java虚拟机中文JAVA技术网g0cVV+]

中文JAVA技术网I5Zz[}'Og G6Y

说起Java，人们首先想到的是Java编程语言，然而事实上，Java是一种技术，它由四方面组成：Java编程语言、Java类文件格式、Java虚拟机和Java应用程序接口(Java API)。它们的关系如下图所示：

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图1 Java四个方面的关系

,YW&x ^L|Q0运行期环境代表着Java平台，开发人员编写Java代码(.java文件)，然后将之编译成字节码(.class文件)。最后字节码被装入内存，一旦字节码进入虚拟机，它就会被解释器解释执行，或者是被即时代码发生器有选择的转换成机器码执行。从上图也可以看出Java平台由Java虚拟机和Java应用程序接口搭建，Java语言则是进入这个平台的通道，用Java语言编写并编译的程序可以运行在这个平台上。这个平台的结构如下图所示：

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在Java平台的结构中,可以看出，Java虚拟机(JVM)处在核心的位置，是程序与底层操作系统和硬件无关的关键。它的下方是移植接口，移植接口由两部分组成：适配器和Java操作系统,其中依赖于平台的部分称为适配器；JVM通过移植接口在具体的平台和操作系统上实现；在JVM的上方是Java的基本类库和扩展类库以及它们的API，利用Java API编写的应用程序(application)和小程序(Java applet)可以在任何Java平台上运行而无需考虑底层平台,就是因为有Java虚拟机(JVM)实现了程序与操作系统的分离，从而实现了Java的平台无关性。

h6l-v;HV1SvYO0中文JAVA技术网-G5cAK(e w}

那么到底什么是Java虚拟机(JVM)呢？通常我们谈论JVM时，我们的意思可能是：中文JAVA技术网,T,Y5d(B5r

中文JAVA技术网yWv~s;J

对JVM规范的的比较抽象的说明；

b0r[/o_k+p0对JVM的具体实现；中文JAVA技术网Xdt8M1sP T_"_s

在程序运行期间所生成的一个JVM实例。中文JAVA技术网H k0g,~ hO\

中文JAVA技术网C3@ w6O-a

对JVM规范的的抽象说明是一些概念的集合，它们已经在书《The Java Virtual Machine Specification》（《Java虚拟机规范》）中被详细地描述了；对JVM的具体实现要么是软件，要么是软件和硬件的组合，它已经被许多生产厂商所实现，并存在于多种平台之上；运行Java程序的任务由JVM的运行期实例单个承担。在本文中我们所讨论的Java虚拟机(JVM)主要针对第三种情况而言。它可以被看成一个想象中的机器，在实际的计算机上通过软件模拟来实现，有自己想象中的硬件，如处理器、堆栈、寄存器等，还有自己相应的指令系统。中文JAVA技术网&nC/D IHP,|

A)R-DFw o2X0JVM在它的生存周期中有一个明确的任务，那就是运行Java程序，因此当Java程序启动的时候，就产生JVM的一个实例；当程序运行结束的时候，该实例也跟着消失了。下面我们从JVM的体系结构和它的运行过程这两个方面来对它进行比较深入的研究。

Z6?gXm!~0Java虚拟机的体系结构

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e-i'_;P X a0刚才已经提到，JVM可以由不同的厂商来实现。由于厂商的不同必然导致JVM在实现上的一些不同，然而JVM还是可以实现跨平台的特性，这就要归功于设计JVM时的体系结构了。中文JAVA技术网{ v2T&tMlG?"]*N

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我们知道，一个JVM实例的行为不光是它自己的事，还涉及到它的子系统、存储区域、数据类型和指令这些部分，它们描述了JVM的一个抽象的内部体系结构，其目的不光规定实现JVM时它内部的体系结构，更重要的是提供了一种方式，用于严格定义实现时的外部行为。每个JVM都有两种机制，一个是装载具有合适名称的类(类或是接口)，叫做类装载子系统；另外的一个负责执行包含在已装载的类或接口中的指令，叫做运行引擎。每个JVM又包括方法区、堆、Java栈、程序计数器和本地方法栈这五个部分，这几个部分和类装载机制与运行引擎机制一起组成的体系结构图为：中文JAVA技术网BW0EZCI

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图3 JVM的体系结构中文JAVA技术网0P/b(jt U$x

7{F*d8f7ySt:Q0JVM的每个实例都有一个它自己的方法域和一个堆，运行于JVM内的所有的线程都共享这些区域；当虚拟机装载类文件的时候，它解析其中的二进制数据所包含的类信息，并把它们放到方法域中；当程序运行的时候，JVM把程序初始化的所有对象置于堆上；而每个线程创建的时候，都会拥有自己的程序计数器和Java栈，其中程序计数器中的值指向下一条即将被执行的指令，线程的Java栈则存储为该线程调用Java方法的状态；本地方法调用的状态被存储在本地方法栈，该方法栈依赖于具体的实现。中文JAVA技术网 t?!Pz!B]

"^x1MT5qj0下面分别对这几个部分进行说明。

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执行引擎处于JVM的核心位置，在Java虚拟机规范中，它的行为是由指令集所决定的。尽管对于每条指令，规范很详细地说明了当JVM执行字节码遇到指令时，它的实现应该做什么，但对于怎么做却言之甚少。Java虚拟机支持大约248个字节码。每个字节码执行一种基本的CPU运算,例如,把一个整数加到寄存器,子程序转移等。Java指令集相当于Java程序的汇编语言。中文JAVA技术网 ^s&H2X*b,Z

q3[ OT`z"M4V0Java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。

P.R.Uxbfc0

o"o qq9_0虚拟机的内层循环的执行过程如下:中文JAVA技术网3Hn8B r,xE

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l$I&z V!M9[0取一个操作符字节;中文JAVA技术网7[?3o?,v A|3b+O R

根据操作符的值执行一个动作;

I(^e)G)Hf6`0}while(程序未结束)中文JAVA技术网y}0J/|:so

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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:

0H.w`wb}.X0中文JAVA技术网y{X;n.u4PT+e)D7\&E

第一个字节*256+第二个字节字节码。中文JAVA技术网"V[]J!_0v+D

5^t6E
[3aW![0指令流一般只是字节对齐的。指令tableswitch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。

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对于本地方法接口，实现JVM并不要求一定要有它的支持，甚至可以完全没有。Sun公司实现Java本地接口(JNI)是出于可移植性的考虑，当然我们也可以设计出其它的本地接口来代替Sun公司的JNI。但是这些设计与实现是比较复杂的事情，需要确保垃圾回收器不会将那些正在被本地方法调用的对象释放掉。

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"j1lJ`7Dd0v"v0Java的堆是一个运行时数据区,类的实例(对象)从中分配空间，它的管理是由垃圾回收来负责的:不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的垃圾回收算法,可以根据系统的需求使用各种各样的算法。中文JAVA技术网'z/wgb.s

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