死锁产生的必要条件及其处理办法(转)

虽然进程在运行过程中,可能发生死锁,但死锁的发生也必须具备一定的条件,死锁的发生必须具备以下四个必要条件。
  1)互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。
  2)请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
  3)不剥夺条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
  4)环路(循环)等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源,也就是若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。
1.竞争不可抢占行资源引起死锁:
通常系统中所拥有的不可抢占性资源其数量不足以满足多个进程运行的需要,使得进程在运行过程中,会因争夺资源而陷入僵局。
2.竞争可消耗资源引起消耗
3.进程推进顺序不当引起死锁
死锁的解除与预防
理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以,在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立,如何确定资源的合理分配算法,避免进程永久占据系统资源。此外,也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源,在系统运行过程中,对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查,并根据检查结果决定是否分配资源,若分配后系统可能发生死锁,则不予分配,否则予以分配 。因此,对资源的分配要给予合理的规划。
(1)有序资源分配法
  这种算法资源按某种规则系统中的所有资源统一编号(例如打印机为1、磁带机为2、磁盘为3、等等),申请时必须以上升的次序。系统要求申请进程:
  1、对它所必须使用的而且属于同一类的所有资源,必须一次申请完;
  2、在申请不同类资源时,必须按各类设备的编号依次申请。例如:进程PA,使用资源的顺序是R1,R2; 进程PB,使用资源的顺序是R2,R1;若采用动态分配有可能形成环路条件,造成死锁。
  采用有序资源分配法:R1的编号为1,R2的编号为2;
  PA:申请次序应是:R1,R2
  PB:申请次序应是:R1,R2
  这样就破坏了环路条件,避免了死锁的发生
(2)银行算法
  避免死锁算法中最有代表性的算法是Dijkstra E.W 于1968年提出的银行家算法:
  该算法需要检查申请者对资源的最大需求量,如果系统现存的各类资源可以满足申请者的请求,就满足申请者的请求。
  这样申请者就可很快完成其计算,然后释放它占用的资源,从而保证了系统中的所有进程都能完成,所以可避免死锁的发生。
死锁排除的方法
1、撤消陷于死锁的全部进程;
  2、逐个撤消陷于死锁的进程,直到死锁不存在;
  3、从陷于死锁的进程中逐个强迫放弃所占用的资源,直至死锁消失。
  4、从另外一些进程那里强行剥夺足够数量的资源分配给死锁进程,以解除死锁状态

处理死锁的方法:
1.预防死锁 2.避免死锁 3.检测死锁 4.解除死锁
预防死锁的方法:
1.破坏“互斥”条件:
就是在系统里取消互斥。若资源不被一个进程独占使用,那么死锁是肯定不会发生的。但一般来说在所列的四个条件中,“互斥”条件是无法破坏的。因此,在死锁预防里主要是破坏其他几个必要条件,而不去涉及破坏“互斥”条件。
2.破坏“占有并等待”条件:
破坏“占有并等待”条件,就是在系统中不允许进程在已获得某种资源的情况下,申请其他资源。即要想出一个办法,阻止进程在持有资源的同时申请其他资源。
方法一:创建进程时,要求它申请所需的全部资源,系统或满足其所有要求,或什么也不给它。这是所谓的 “ 一次性分配”方案。
方法二:要求每个进程提出新的资源申请前,释放它所占有的资源。这样,一个进程在需要资源S时,须先把它先前占有的资源R释放掉,然后才能提出对S的申请,即使它可能很快又要用到资源R。
3.破坏“不可抢占”条件:
破坏“不可抢占”条件就是允许对资源实行抢夺。
方法一:如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝,则该进程必须释放它最初占有的资源,如果有必要,可再次请求这些资源和另外的资源。
方法二:如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源,则操作系统可以抢占另一个进程,要求它释放资源。只有在任意两个进程的优先级都不相同的条件下,方法二才能预防死锁。
4.破坏“循环等待”条件:
破坏“循环等待”条件的一种方法,是将系统中的所有资源统一编号,进程可在任何时刻提出资源申请,但所有申请必须按照资源的编号顺序(升序)提出。这样做就能保证系统不出现死锁。

死锁的解除:
一旦检测出死锁,就应立即釆取相应的措施,以解除死锁。
死锁解除的主要方法有:
1) 资源剥夺法。挂起某些死锁进程,并抢占它的资源,将这些资源分配给其他的死锁进程。但应防止被挂起的进程长时间得不到资源,而处于资源匮乏的状态。
2) 撤销进程法。强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。撤销的原则可以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行。
3) 进程回退法。让一(多)个进程回退到足以回避死锁的地步,进程回退时自愿释放资源而不是被剥夺。要求系统保持进程的历史信息,设置还原点。

转自:https://blog.csdn.net/silence723/article/details/52036609

Java四种引用包括强引用,软引用,弱引用,虚引用

转自:https://www.cnblogs.com/yw-ah/p/5830458.html

强引用:

只要引用存在,垃圾回收器永远不会回收
Object obj = new Object();
//可直接通过obj取得对应的对象 如obj.equels(new Object());
而这样 obj对象对后面new Object的一个强引用,只有当obj这个引用被释放之后,对象才会被释放掉,这也是我们经常所用到的编码形式。

软引用:

非必须引用,内存溢出之前进行回收,可以通过以下代码实现
Object obj = new Object();
SoftReference sf = new SoftReference(obj);
obj = null;
sf.get();//有时候会返回null
这时候sf是对obj的一个软引用,通过sf.get()方法可以取到这个对象,当然,当这个对象被标记为需要回收的对象时,则返回null;
软引用主要用户实现类似缓存的功能,在内存足够的情况下直接通过软引用取值,无需从繁忙的真实来源查询数据,提升速度;当内存不足时,自动删除这部分缓存数据,从真正的来源查询这些数据。

弱引用:

第二次垃圾回收时回收,可以通过如下代码实现
Object obj = new Object();
WeakReference wf = new WeakReference(obj);
obj = null;
wf.get();//有时候会返回null
wf.isEnQueued();//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾
弱引用是在第二次垃圾回收时回收,短时间内通过弱引用取对应的数据,可以取到,当执行过第二次垃圾回收时,将返回null。
弱引用主要用于监控对象是否已经被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾,可以通过弱引用的isEnQueued方法返回对象是否被垃圾回收器标记。

虚引用:

垃圾回收时回收,无法通过引用取到对象值,可以通过如下代码实现
Object obj = new Object();
PhantomReference pf = new PhantomReference(obj);
obj=null;
pf.get();//永远返回null
pf.isEnQueued();//返回是否从内存中已经删除
虚引用是每次垃圾回收的时候都会被回收,通过虚引用的get方法永远获取到的数据为null,因此也被成为幽灵引用。
虚引用主要用于检测对象是否已经从内存中删除。

最近在学习Java虚拟机,碰到引用的问题,在此借鉴总结一下:

原文地址:http://blog.csdn.net/coding_or_coded/article/details/6603549

对象的强、软、弱和虚引用
在JDK 1.2以前的版本中,若一个对象不被任何变量引用,那么程序就无法再使用这个对象。也就是说,只有对象处于可触及(reachable)状态,程序才能使用它。从JDK 1.2版本开始,把对象的引用分为4种级别,从而使程序能更加灵活地控制对象的生命周期。这4种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用。

⑴强引用(StrongReference)
强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。 ps:强引用其实也就是我们平时A a = new A()这个意思。

⑵软引用(SoftReference)
如果一个对象只具有软引用,则内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它;如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存(下文给出示例)。
软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

⑶弱引用(WeakReference)
弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

⑷虚引用(PhantomReference)
“虚引用”顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();

PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);

程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

Java中的String,StringBuilder,StringBuffer三者的区别

转自:https://www.cnblogs.com/su-feng/p/6659064.html
这三个类之间的区别主要是在两个方面,即运行速度和线程安全这两方面。

首先说运行速度,或者说是执行速度,在这方面运行速度快慢为:StringBuilder > StringBuffer > String
  String最慢的原因:

  String为字符串常量,而StringBuilder和StringBuffer均为字符串变量,即String对象一旦创建之后该对象是不可更改的,但后两者的对象是变量,是可以更改的。以下面一段代码为例:

1 String str=”abc”;
2 System.out.println(str);
3 str=str+”de”;
4 System.out.println(str);

  如果运行这段代码会发现先输出“abc”,然后又输出“abcde”,好像是str这个对象被更改了,其实,这只是一种假象罢了,JVM对于这几行代码是这样处理的,首先创建一个String对象str,并把“abc”赋值给str,然后在第三行中,其实JVM又创建了一个新的对象也名为str,然后再把原来的str的值和“de”加起来再赋值给新的str,而原来的str就会被JVM的垃圾回收机制(GC)给回收掉了,所以,str实际上并没有被更改,也就是前面说的String对象一旦创建之后就不可更改了。所以,Java中对String对象进行的操作实际上是一个不断创建新的对象并且将旧的对象回收的一个过程,所以执行速度很慢。

  而StringBuilder和StringBuffer的对象是变量,对变量进行操作就是直接对该对象进行更改,而不进行创建和回收的操作,所以速度要比String快很多。

  另外,有时候我们会这样对字符串进行赋值

1 String str=”abc”+”de”;
2 StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder().append(“abc”).append(“de”);
3 System.out.println(str);
4 System.out.println(stringBuilder.toString());
  这样输出结果也是“abcde”和“abcde”,但是String的速度却比StringBuilder的反应速度要快很多,这是因为第1行中的操作和

  String str=”abcde”;

  是完全一样的,所以会很快,而如果写成下面这种形式

1 String str1=”abc”;
2 String str2=”de”;
3 String str=str1+str2;
  那么JVM就会像上面说的那样,不断的创建、回收对象来进行这个操作了。速度就会很慢。

  2. 再来说线程安全

  在线程安全上,StringBuilder是线程不安全的,而StringBuffer是线程安全的

  如果一个StringBuffer对象在字符串缓冲区被多个线程使用时,StringBuffer中很多方法可以带有synchronized关键字,所以可以保证线程是安全的,但StringBuilder的方法则没有该关键字,所以不能保证线程安全,有可能会出现一些错误的操作。所以如果要进行的操作是多线程的,那么就要使用StringBuffer,但是在单线程的情况下,还是建议使用速度比较快的StringBuilder。

  3. 总结一下
  String:适用于少量的字符串操作的情况

  StringBuilder:适用于单线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况

  StringBuffer:适用多线程下在字符缓冲区进行大量操作的情况

Java中final,finalize和finally的区别

转自:https://blog.csdn.net/cassiepython/article/details/50544828
Java中final,finalize和finally的区别
final
final关键字可以用于类,方法,变量前,用来表示该关键字修饰的类,方法,变量具有不可变的特性。
(1)final关键字用于基本数据类型前:这时表明该关键字修饰的变量是一个常量,在定义后该变量的值就不能被修改。
(2)final关键字用于方法声明前:这时意味着该方法时最终方法,只能被调用,不能被覆盖,但是可以被重载。
(3)final关键字用于类名前:此时该类被称为最终类,该类不能被其他类继承。

对于(1):

对于(2):

对于(3):

finalize
finalize方法来自于java.lang.Object,用于回收资源。
可以为任何一个类添加finalize方法。finalize方法将在垃圾回收器清除对象之前调用。
在实际应用中,不要依赖使用该方法回收任何短缺的资源,这是因为很难知道这个方法什么时候被调用。

[java] view plain copy
class People{

final void output(String name){
System.out.println(name);
}
}
class Stu extends People{

final void output(String name,int id){//可以被重载
System.out.println(name);
}
public void finalize() throws Throwable{
super.finalize();
System.out.println(“finalize method was called!”);
}
}
public class Main {

public static void main(String[] args){
}
}

finally
当代码抛出一个异常时,就会终止方法中剩余代码的处理,并退出这个方法的执行。假如我们打开了一个文件,但在处理文件过程中发生异常,这时文件还没有被关闭,此时就会产生资源回收问题。对此,java提供了一种好的解决方案,那就是finally子句,finally子句中的语句是一定会被执行的,所以我们只要把前面说的文件关闭的语句放在finally子句中无论在读写文件中是否遇到异常退出,文件关闭语句都会执行,保证了资源的合理回收。

[java] view plain copy
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class Finally {
void fileWith(){
InputStream in = null;
try {
in = new FileInputStream(“wang.txt”);
//其他操作
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

理解Java虚拟机体系结构

转自:https://www.cnblogs.com/lao-liang/p/5110710.html
1 概述
  众所周知,Java支持平台无关性、安全性和网络移动性。而Java平台由Java虚拟机和Java核心类所构成,它为纯Java程序提供了统一的编程接口,而不管下层操作系统是什么。正是得益于Java虚拟机,它号称的“一次编译,到处运行”才能有所保障。

1.1 Java程序执行流程
  Java程序的执行依赖于编译环境和运行环境。源码代码转变成可执行的机器代码,由下面的流程完成:

  Java技术的核心就是Java虚拟机,因为所有的Java程序都在虚拟机上运行。Java程序的运行需要Java虚拟机、Java API和Java Class文件的配合。Java虚拟机实例负责运行一个Java程序。当启动一个Java程序时,一个虚拟机实例就诞生了。当程序结束,这个虚拟机实例也就消亡。

  Java的跨平台特性,因为它有针对不同平台的虚拟机。

1.2 Java虚拟机
  Java虚拟机的主要任务是装载class文件并且执行其中的字节码。由下图可以看出,Java虚拟机包含一个类装载器(class loader),它可以从程序和API中装载class文件,Java API中只有程序执行时需要的类才会被装载,字节码由执行引擎来执行。

  当Java虚拟机由主机操作系统上的软件实现时,Java程序通过调用本地方法和主机进行交互。Java方法由Java语言编写,编译成字节码,存储在class文件中。本地方法由C/C++/汇编语言编写,编译成和处理器相关的机器代码,存储在动态链接库中,格式是各个平台专有。所以本地方法是联系Java程序和底层主机操作系统的连接方式。

  由于Java虚拟机并不知道某个class文件是如何被创建的,是否被篡改一无所知,所以它实现了一个class文件检测器,确保class文件中定义的类型可以安全地使用。class文件检验器通过四趟独立的扫描来保证程序的健壮性:

class文件的结构检查
类型数据的语义检查
字节码验证
符号引用验证
  Java虚拟机在执行字节码时还进行其它的一些内置的安全机制的操作,他们作为Java编程语言保证Java程序健壮性的特性,同时也是Java虚拟机的特性:

类型安全的引用转换
结构化的内存访问
自动垃圾收集
数组边界检查
空引用检查
1.3 Java虚拟机数据类型
  Java虚拟机通过某些数据类型来执行计算。数据类型可以分为两种:基本类型和引用类型,如下图:

  但boolean有点特别,当编译器把Java源码编译为字节码时,它会用int或byte表示boolean。在Java虚拟机中,false是由0表示,而true则由所有非零整数表示。和Java语言一样,Java虚拟机的基本类型的值域在任何地方都是一致的,不管主机平台是什么,一个long在任何虚拟机中总是一个64位二进制补码的有符号整数。

  对于returnAddress,这个基本类型被用来实现Java程序中的finally子句,Java程序员不能使用这个类型,它的值指向一条虚拟机指令的操作码。

2 体系结构
  在 Java虚拟机规范中,一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统、内存区、数据类型和指令来描述的,这些组成部分一起展示了抽象的虚拟机的内部体系结构。

2.1 class文件
  Java class文件包含了关于类或接口的所有信息。class文件的“基本类型”如下:

u1 1个字节,无符号类型
u2 2个字节,无符号类型
u4 4个字节,无符号类型
u8 8个字节,无符号类型
  如果想了解更多,Oracle的JVM SE7给出了官方规范:The Java® Virtual Machine Specification

  class文件包含的内容:

复制代码
ClassFile {

u4 magic; //魔数:0xCAFEBABE,用来判断是否是Java class文件
u2 minor_version; //次版本号
u2 major_version; //主版本号
u2 constant_pool_count; //常量池大小
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; //常量池
u2 access_flags; //类和接口层次的访问标志(通过|运算得到)
u2 this_class; //类索引(指向常量池中的类常量)
u2 super_class; //父类索引(指向常量池中的类常量)
u2 interfaces_count; //接口索引计数器
u2 interfaces[interfaces_count]; //接口索引集合
u2 fields_count; //字段数量计数器
field_info fields[fields_count]; //字段表集合
u2 methods_count; //方法数量计数器
method_info methods[methods_count]; //方法表集合
u2 attributes_count; //属性个数
attribute_info attributes[attributes_count]; //属性表

}
复制代码
2.2 类装载器子系统
  类装载器子系统负责查找并装载类型信息。其实Java虚拟机有两种类装载器:系统装载器和用户自定义装载器。前者是Java虚拟机实现的一部分,后者则是Java程序的一部分。

启动类装载器(bootstrap class loader):它用来加载 Java 的核心库,是用原生代码来实现的,并不继承自java.lang.ClassLoader。
扩展类装载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
应用程序类装载器(application class loader):它根据 Java 应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
  除了系统提供的类装载器以外,开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类装载器,以满足一些特殊的需求。

  类装载器子系统涉及Java虚拟机的其它几个组成部分以及来自java.lang库的类。ClassLoader定义的方法为程序提供了访问类装载器机制的接口。此外,对于每一个被装载的类型,Java虚拟机都会为它创建一个java.lang.Class类的实例来代表该类型。和其它对象一样,用户自定义的类装载器以及Class类的实例放在内存中的堆区,而装载的类型信息则位于方法区。

  类装载器子系统除了要定位和导入二进制class文件外,还必须负责验证被导入类的正确性,为类变量分配并初始化内存,以及解析符号引用。这些动作还需要按照以下顺序进行:

装载(查找并装载类型的二进制数据)
连接(执行验证:确保被导入类型的正确性;准备:为类变量分配内存,并将其初始化为默认值;解析:把类型中的符号引用转换为直接引用)
初始化(类变量初始化为正确初始值)
2.3 方法区
  在Java虚拟机中,关于被装载的类型信息存储在一个方法区的内存中。当虚拟机装载某个类型时,它使用类装载器定位相应的class文件,然后读入这个class文件并将它传输到虚拟机中,接着虚拟机提取其中的类型信息,并将这些信息存储到方法区。方法区也可以被垃圾回收器收集,因为虚拟机允许通过用户定义的类装载器来动态扩展Java程序。

  方法区中存放了以下信息:

这个类型的全限定名(如全限定名java.lang.Object)
这个类型的直接超类的全限定名
这个类型是类类型还是接口类型
这个类型的访问修饰符(public, abstract, final的某个子集)
任何直接超接口的全限定名的有序列表
该类型的常量池(一个有序集合,包括直接常量[string, integer和floating point常量]和对其它类型、字段和方法的符号引用)
字段信息(字段名、类型、修饰符)
方法信息(方法名、返回类型、参数数量和类型、修饰符)
除了常量以外的所有类(静态)变量
指向ClassLoader类的引用(每个类型被装载时,虚拟机必须跟踪它是由启动类装载器还是由用户自定义类装载器装载的)
指向Class类的引用(对于每一个被装载的类型,虚拟机相应地为它创建一个java.lang.Class类的实例。比如你有一个到java.lang.Integer类的对象的引用,那么只需要调用Integer对象引用的getClass()方法,就可以得到表示java.lang.Integer类的Class对象)
2.4 堆
  Java程序在运行时创建的所有类实例或数组(数组在Java虚拟机中是一个真正的对象)都放在同一个堆中。由于Java虚拟机实例只有一个堆空间,所以所有线程都将共享这个堆。需要注意的是,Java虚拟机有一条在堆中分配对象的指令,却没有释放内存的指令,因为虚拟机把这个任务交给垃圾收集器处理。Java虚拟机规范并没有强制规定垃圾收集器,它只要求虚拟机实现必须“以某种方式”管理自己的堆空间。比如某个实现可能只有固定大小的堆空间,当空间填满,它就简单抛出OutOfMemory异常,根本不考虑回收垃圾对象的问题,但却是符合规范的。

  Java虚拟机规范并没有规定Java对象在堆中如何表示,这给虚拟机的实现者决定怎么设计。一个可能的堆设计如下:

  一个句柄池,一个对象池。一个对象的引用就是一个指向句柄池的本地指针。这种设计的好处有利于堆碎片的整理,当移动对象池中的对象时,句柄部分只需更改一下指针指向对象的新地址即可。缺点是每次访问对象的实例变量都要经过两次指针传递。

2.5 Java栈
  每当启动给一个线程时,Java虚拟机会为它分配一个Java栈。Java栈由许多栈帧组成,一个栈帧包含一个Java方法调用的状态。当线程调用一个Java方法时,虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中,当该方法返回时,这个栈帧就从Java栈中弹出。Java栈存储线程中Java方法调用的状态–包括局部变量、参数、返回值以及运算的中间结果等。Java虚拟机没有寄存器,其指令集使用Java栈来存储中间数据。这样设计的原因是为了保持Java虚拟机的指令集尽量紧凑,同时也便于Java虚拟机在只有很少通用寄存器的平台上实现。另外,基于栈的体系结构,也有助于运行时某些虚拟机实现的动态编译器和即时编译器的代码优化。

2.5.1 栈帧
  栈帧由局部变量区、操作数栈和帧数据区组成。当虚拟机调用一个Java方法时,它从对应类的类型信息中得到此方法的局部变量区和操作数栈的大小,并根据此分配栈帧内存,然后压入Java栈中。

2.5.1.1 局部变量区
  局部变量区被组织为以字长为单位、从0开始计数的数组。字节码指令通过从0开始的索引使用其中的数据。类型为int, float, reference和returnAddress的值在数组中占据一项,而类型为byte, short和char的值在存入数组前都被转换为int值,也占据一项。但类型为long和double的值在数组中却占据连续的两项。

2.5.1.2 操作数栈
  和局部变量区一样,操作数栈也是被组织成一个以字长为单位的数组。它通过标准的栈操作访问–压栈和出栈。由于程序计数器无法被程序指令直接访问,Java虚拟机的指令是从操作数栈中取得操作数,所以它的运行方式是基于栈而不是基于寄存器。虚拟机把操作数栈作为它的工作区,因为大多数指令都要从这里弹出数据,执行运算,然后把结果压回操作数栈。

2.5.1.3 帧数据区
  除了局部变量区和操作数栈,Java栈帧还需要帧数据区来支持常量池解析、正常方法返回以及异常派发机制。每当虚拟机要执行某个需要用到常量池数据的指令时,它会通过帧数据区中指向常量池的指针来访问它。除了常量池的解析外,帧数据区还要帮助虚拟机处理Java方法的正常结束或异常中止。如果通过return正常结束,虚拟机必须恢复发起调用的方法的栈帧,包括设置程序计数器指向发起调用方法的下一个指令;如果方法有返回值,虚拟机需要将它压入到发起调用的方法的操作数栈。为了处理Java方法执行期间的异常退出情况,帧数据区还保存一个对此方法异常表的引用。

2.6 程序计数器
  对于一个运行中的Java程序而言,每一个线程都有它的程序计数器。程序计数器也叫PC寄存器。程序计数器既能持有一个本地指针,也能持有一个returnAddress。当线程执行某个Java方法时,程序计数器的值总是下一条被执行指令的地址。这里的地址可以是一个本地指针,也可以是方法字节码中相对该方法起始指令的偏移量。如果该线程正在执行一个本地方法,那么此时程序计数器的值是“undefined”。

2.7 本地方法栈
  任何本地方法接口都会使用某种本地方法栈。当线程调用Java方法时,虚拟机会创建一个新的栈帧并压入Java栈。当它调用的是本地方法时,虚拟机会保持Java栈不变,不再在线程的Java栈中压入新的栈,虚拟机只是简单地动态连接并直接调用指定的本地方法。

其中方法区和堆由该虚拟机实例中所有线程共享。当虚拟机装载一个class文件时,它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息,然后把这些类型信息放到方法区。当程序运行时,虚拟机会把所有该程序在运行时创建的对象放到堆中。

像其它运行时内存区一样,本地方法栈占用的内存区可以根据需要动态扩展或收缩。

3 执行引擎
  在Java虚拟机规范中,执行引擎的行为使用指令集定义。实现执行引擎的设计者将决定如何执行字节码,实现可以采取解释、即时编译或直接使用芯片上的指令执行,还可以是它们的混合。

  执行引擎可以理解成一个抽象的规范、一个具体的实现或一个正在运行的实例。抽象规范使用指令集规定了执行引擎的行为。具体实现可能使用多种不同的技术–包括软件方面、硬件方面或树种技术的结合。作为运行时实例的执行引擎就是一个线程。

  运行中Java程序的每一个线程都是一个独立的虚拟机执行引擎的实例。从线程生命周期的开始到结束,它要么在执行字节码,要么执行本地方法。

3.1 指令集
  方法的字节码流由Java虚拟机的指令序列构成。每一条指令包含一个单字节的操作码,后面跟随0个或多个操作数。操作码表示需要执行的操作;操作数向Java虚拟机提供执行操作码需要的额外信息。当虚拟机执行一条指令时,可能使用当前常量池中的项、当前帧的局部变量中的值或者位于当前帧操作数栈顶端的值。

  抽象的执行引擎每次执行一条字节码指令。Java虚拟机中运行的程序的每个线程(执行引擎实例)都执行这个操作。执行引擎取得操作码,如果操作码有操作数,就取得它的操作数。它执行操作码和跟随的操作数规定的动作,然后再取得下一个操作码。这个执行字节码的过程在线程完成前将一直持续,通过从它的初始方法返回,或者没有捕获抛出的异常都可以标志着线程的完成。

4 本地方法接口
  Java本地接口,也叫JNI(Java Native Interface),是为可移植性准备的。本地方法接口允许本地方法完成以下工作:

传递或返回数据
操作实例变量
操作类变量或调用类方法
操作数组
对堆的对象加锁
装载新的类
抛出异常
捕获本地方法调用Java方法抛出的异常
捕获虚拟机抛出的异步异常
指示垃圾收集器某个对象不再需要

参考:

《深入Java虚拟机》

error和exception有什么区别?

Exception:是程序本身可以处理的异常
Error:是程序无法处理的错误,这些错误标识故障发生于虚拟机自身或者发生在虚拟机试图执行应用时,一般不需要程序处理,例如:内存空间不足,栈溢出
检查异常(编译器要求必须处置的异常):除了Error,其他的Exception类及其子类都属于可查异常,这种异常的特点是java编译器会检查他,也就是是说,当程序中出现此类异常的时候,要么try-catch捕获,要么throws,否则不能编译通过。
非检查异常(编译器不要求处置的异常):包括运行时异常和Error