Операционные системы "тонких" клиентов
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
или базовые конструкции языка
Ниже мы рассматриваем некоторые особенности виртуального "процессора" Java VM, как той платформы, на которой выполняются Java-программы.
13.2 Виртуальная машина Java
Типы данных, с которыми работает Java VM, подразделяются на примитивные и ссылочные. Большинство примитивных типов данных Java VM являются также примитивными типами в языке Java. К ним относятся:
byte - 1-байтное целое со знаком;
short - 2-байтное целое со знаком;
int - 4-байтное целое со знаком;
long - 8-байтное целое со знаком;
float - 4-байтное число с плавающей точкой;
double - 8-байтное число с плавающей точкой;
char - 2-байтный символ Unicode.
В отличие от других языков программирования, размеры типов в языке Java и в Java VM являются постоянными, не зависящими от платформы.
Java VM не оперирует типом boolean, являющимся примитивным типом языка Java. Для выражений языка, оперирующих этим типом, компилятор Java генерирует коды, оперирующие типом int.
Примитивный тип returnAddress в Java VM не имеет соответствия в языке Java. Тип returnAddress представляет собой указатель на команду байт-кода Java и используется в качестве операнда команд передачи управления.
Ссылочные типы в Java VM и в языке Java являются ссылками (указателями) на объекты - экземпляры классов, массивы и интерфейсы (экземпляры классов, реализующих интерфейсы). Спецификации Java VM не определяют внутренней структуры объектов, в большинстве современных Java VM ссылка на объект является указателем на дескриптор объекта, в котором, в свою очередь содержатся два указателя:
на объект типа Class, представляющий информацию типа, в том числе методы и статические данные класса;
на память, выделенную для локальных данных объекта в куче.
Все указатели, с которыми работает Java VM, являются указателями в плоском 32-разрядном адресном пространстве, хотя в реализациях Java VM для 64-разрядных платформ могут использоваться и 64-разрядные указатели.
Основные области памяти, с которыми работает Java VM, показаны на рисунке 13.2.
Рисунок 13.2 Основные области памяти Java VM
Область памяти, называемая кучей, разделяется на две части: область классов и область динамически распределяемой памяти (иногда кучей называют только эту часть памяти). Куча создается при запуске Java VM. Конкретные реализации Java VM могут обеспечивать управление начальным размером кучи и расширение кучи при необходимости.
Класс является основной программной единицей платформы Java, объединяющей в себе данные и методы их обработки. При загрузке класса для него выделяется память в области классов. Каждый класс представляется двумя структурами памяти: областью методов и пулом констант. Область методов содержит исполняемую часть класса - байт-коды методов класса, а также таблицу символических ссылок на внешние методы и переменные. Пул констант содержит литералы класса.
В области динамического распределения выделяется память для размещения объектов. Управление этой областью памяти мы рассматриваем в отдельном разделе.
Java VM поддерживает параллельное выполнение нескольких нитей. Для каждой нити при ее создании Java VM создает набор регистров и стек нити.
Набор регистров включает в себя четыре 32-разрядных регистра:
pc - регистр-указатель на команду;
optop - регистр-указатель на вершину стека операндов текущего кадра;
var - регистр-указатель на массив локальных переменных текущего кадра;
frame - регистр-указатель на среду выполнения текущего метода.
Стек нити представляет собой стек в традиционном понимании, то есть, списковую структуру данных, обслуживаемую по дисциплине "последним пришел - первым ушел". Элементами стека являются кадры (frame) методов. В традиционных блочных языках программирования при помощи стека обеспечиваются вложенные вызовы процедур. Аналогичным образом Java VM через стек нити обеспечивает вложенные вызовы методов, представляя каждый метод кадром в стеке. Новый кадр создается и помещается в вершину стека при вызове метода. Кадр, расположенный в вершине стека является текущим, он соответствует методу, выполняемому в нити в текущий момент. При возврате из метода его кадр удаляется из стека. Управление начальным размером стека нити и возможность его динамического расширения зависит от реализации Java VM. Спецификации Java VM не требуют размещения стека нити в непрерывной области памяти.
Кадр, как было сказано, создается динамически и содержит три основных области.
набор локальных переменных экземпляра класса, на который ссылается регистр var;
стек операндов, на который ссылается регистр optop;
структуры среды выполнения, на которую ссылается регистр frame.
Эти области показаны на рисунке 13.3.
Рисунок 13.3 Структура и связи кадра
Набор локальных переменных представляет собой массив 32-разрядных слов. Данные двойной точности (типы long и double) занимают по два смежных слова в этом массиве. Размер этого массива фиксирован для метода, так как число локальных переменных метода становится известным уже на этапе компиляции. Операнды команд байт-кода, которые оперируют локальными переменными, представляются индексами в этом массиве.
Java VM является стековой машиной. Это означает, что в ней нет регистров общего назначения, и операции производятся над данными, находящимися в стеке. Этой цели служит стек операндов, выделяемый в составе каждого кадра. При выполнении команд байт-кода Java, изменяющих данные, операнды таких команд выбираются из стека операндов