java虛擬機器工作原理（轉自bruceleader）

一、什麼是Java虛擬機器
     Java虛擬機器是一個想象中的機器,在實際的電腦上通過軟體類比來實現。Java虛擬機器有自己想象中的硬體,如處理器、堆棧、寄存器等,還具有相應的指令系統。    

二、為什麼使用Java虛擬機器

    Java語言的一個非常重要的特點就是與平台的無關性。而使用Java虛擬機器是實現這一特點的關鍵。一般的進階語言如果要在不同的平台上運行,至少需要編譯成不同的目標代碼。而引入Java語言虛擬機器後,Java語言在不同平台上運行時不需要重新編譯。Java虛擬機器屏蔽了與具體平台相關的資訊,使得Java語言編譯器只需產生在Java虛擬機器上啟動並執行目標代碼(位元組碼),就可以在多種平台上不加修改地運行。Java虛擬機器在執行位元組碼時,把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。

三、Java虛擬機器的生命週期
     一個運行中的Java虛擬機器有著一個清晰的任務：執行Java程式。程式開始執行時它才運行，程式結束時它就停止。假如你同時運行三個Java程式，就會有三個運行中的Java虛擬機器。
     Java虛擬機器總是開始於一個main()方法，這個方法必須是公有public、返回void、直接接收一個字串數組。在程式執行時，你必須給Java虛擬機器指明這個包含有main()方法的類名。
     Main()方法是程式的起點，它被執行的線程初始化為程式的初始線程。程式中其它的線程都由他來啟動。Java中的線程分為兩種：守護線程 （daemon）和普通線程（non-daemon）。守護線程是Java虛擬機器自己使用的線程，比如負責垃圾收集的線程就是一個守護線程。當然，你也可以把自己的程式設定為守護線程。包含Main()方法的初始線程不是守護線程。
     只要Java虛擬機器中還有普通的線程在執行，Java虛擬機器就不會停止。如果有足夠的許可權，你可以調用exit()方法終止程式。
三、Java虛擬機器的體繫結構
     在Java虛擬機器的規範中定義了一系列的子系統、記憶體地區、資料類型和使用指南。這些組件構成了Java虛擬機器的內部結構，他們不僅僅為Java虛擬機器的實現提供了清晰的內部結構，更是嚴格規定了Java虛擬機器實現的外部行為。 
     每一個Java虛擬機器都由一個類載入器子系統（class loader subsystem），負責載入程式中的類型（類class和介面interface），並賦予唯一的名字。每一個Java虛擬機器都有一個執行引擎（execution engine）負責執行被載入類中包含的指令。
     程式的執行需要一定的記憶體空間，如位元組碼、被載入類的其他額外資訊、程式中的對象、方法的參數、傳回值、本地變數、處理的中間變數等等。Java虛擬機器將這些資訊統統儲存在資料區（data area）中。雖然每個Java虛擬機器的實現中都包含資料區，但是Java虛擬機器規範對資料區的規定卻非常的抽象。許多結構上的細節部分都留給了 Java虛擬機器實現者自己發揮。不同Java虛擬機器實現上的記憶體結構千差萬別。一部分實現可能佔用很多記憶體，而其他以下可能只佔用很少的記憶體；一些實現可能會使用虛擬記憶體，而其它的則不使用。這種比較精鍊的Java虛擬機器記憶體規約，可以使得Java虛擬機器可以在廣泛的平台上被實現。
     資料區中的一部分是整個程式共有，其他部分被單獨的線程式控制制。每一個Java虛擬機器都包含方法區（method area）和堆（heap），他們都被整個程式共用。Java虛擬機器載入並解析一個類以後，將從類檔案中解析出來的資訊儲存與方法區中。程式執行時建立的 對象都儲存在堆中。 
     當一個線程被建立時，會被分配只屬於它自己的PC寄存器“pc register”（程式計數器）和Java堆棧（Java stack）。當線程不調用本地方法時，PC寄存器中儲存線程執行的下一條指令。Java堆棧儲存了一個線程調用方法時的狀態，包括本地變數、調用方法的 參數、傳回值、處理的中間變數。調用本地方法時的狀態儲存在本地方法堆棧中（native method stacks），可能再寄存器或者其他非平台獨立的記憶體中。
     Java堆棧有堆棧塊（stack frames (or frames)）組成。堆棧塊包含Java方法調用的狀態。當一個線程調用一個方法時，Java虛擬機器會將一個新的塊壓到Java堆棧中，當這個方法運行結束時，Java虛擬機器會將對應的塊彈出並拋棄。
     Java虛擬機器不使用寄存器儲存計算的中間結果，而是用Java堆棧在存放中間結果。這是的Java虛擬機器的指令更緊湊，也更容易在一個沒有寄存器的裝置上實現Java虛擬機器。 
   四、資料類型（Data Types）
     所有Java虛擬機器中使用的資料都有確定的資料類型，資料類型和操作都在Java虛擬機器規範中嚴格定義。Java中的資料類型分為未經處理資料類型 （primitive types）和引用資料類型（reference type）。參考型別依賴於實際的對象，但不是對象本身。未經處理資料類型不依賴於任何東西，它們就是本身表示的資料。
   所有Java程式語言中的未經處理資料類型，都是Java虛擬機器的未經處理資料類型，除了布爾型（boolean）。當編譯器將Java原始碼編譯為位元組碼時，使用整型（int）或者位元組型 （byte）去表示布爾型。在Java虛擬機器中使用整數0表示布爾型的false，使用非零整數表示布爾型的true，布爾數組被表示為位元組數組，雖然它們可能會以位元組數組或者位元組塊（bit fields）儲存在堆中。
     除了布爾型，其它的原始類型都是Java虛擬機器中的資料類型。在Java中資料類型被分為：整形的byte，short，int，long；char和浮點型的float，double。Java語言中的資料類型在任何主機上都有同樣的範圍。 
     在Java虛擬機器中還存在一個Java語言中不能使用的未經處理資料類型----傳回值類型（return value）。這種類型被用來實現Java程式中的“finally classes”，具體的參見18章的“Finally Classes”。
     參考型別可能被建立為：類類型（class type），介面類型（interface type），數群組類型（array type）。他們都引用被動態建立的對象。當參考型別引用null時，說明沒有引用任何對象。
     Java虛擬機器規範只定義了每一種資料類型表示的範圍，沒有定義在儲存時每種類型佔用的空間。他們如何儲存由Java虛擬機器的實現者自己決定。關於浮點型更多資訊參見14章“Floating Point
Arithmetic”。

TypeRange
byte8-bit signed two's complement integer (-27 to 27 - 1, inclusive)
short16-bit signed two's complement integer (-215 to 215 - 1, inclusive)
int32-bit signed two's complement integer (-231 to 231 - 1, inclusive)
long64-bit signed two's complement integer (-263 to 263 - 1, inclusive)
char16-bit unsigned Unicode character (0 to 216 - 1, inclusive)
float32-bit IEEE 754 single-precision float
double64-bit IEEE 754 double-precision float
returnValueaddress of an opcode within the same method
referencereference to an object on the heap, or null

五、位元組長度
     Java虛擬機器中最小的資料單元式字（word），其大小由Java虛擬機器的實現者定義。但是一個字的大小必須足夠容納byte，short，int， char，float，returnValue，reference；兩個字必須足夠容納long，double。所以虛擬機器的實現者至少提供的字不能小於31bits的字，但是最好選擇特定平台上最有效率的字長。
     在運行時，Java程式不能決定所運行機器的字長。字長也不會影響程式的行為，他只是在Java虛擬機器中的一種表現方式。
六、類載入器子系統
     Java虛擬機器中的類載入器分為兩種：原始類載入器（primordial class loader）和類載入器對象（class loader objects）。原始類載入器是Java虛擬機器實現的一部分，類載入器對象是運行中的程式的一部分。不同類載入器載入的類被不同的命名空間所分割。
     類載入器調用了許多Java虛擬機器中其他的部分和java.lang包中的很多類。比如，類載入對象就是java.lang.ClassLoader子類 的執行個體，ClassLoader類中的方法可以訪問虛擬機器中的類載入機制；每一個被Java虛擬機器載入的類都會被表示為一個 java.lang.Class類的執行個體。像其他對象一樣，類載入器對象和Class對象都儲存在堆中，被載入的資訊被儲存在方法區中。
     1、載入、串連、初始化（Loading, Linking and Initialization）
類載入子系統不僅僅負責定位並載入類檔案，他按照以下嚴格的步驟作了很多其他的事情：（具體的資訊參見第七章的“類的生命週期”）
          1）、載入：尋找並匯入指定類型（類和介面）的二進位資訊
          2）、串連：進行驗證、準備和解析
               ①驗證：確保匯入類型的正確性
               ②準備：為類型分配記憶體並初始化為預設值
               ③解析：將字元引用解析為直接飲用
          3）、初始化：調用Java代碼，初始化類變數為合適的值
     2、原始類載入器（The Primordial Class Loader）
     每個Java虛擬機器都必須實現一個原始類載入器，他能夠載入那些遵守類檔案格式並且被信任的類。但是，Java虛擬機器的規範並沒有定義如何載入類，這由 Java虛擬機器實現者自己決定。對於給定類型名的類型，原始萊載入器必須找到那個類型名加“.class”的檔案並載入入虛擬機器中。
     3、類載入器對象
     雖然類載入器對象是Java程式的一部分，但是ClassLoader類中的三個方法可以訪問Java虛擬機器中的類載入子系統。
          1）、protected final Class defineClass(…)：使用這個方法可以出入一個位元組數組，定義一個新的類型。
          2）、protected Class findSystemClass(String name)：載入指定的類，如果已經載入，就直接返回。
          3）、protected final void resolveClass(Class c)：defineClass()方法只是載入一個類，這個方法負責後續的動態串連和初始化。
     4、命名空間
     當多個類載入器載入了同一個類時，為了保證他們名字的唯一性，需要在類名前加上載入該類的類載入器的標識。 七、方法區（The Method Area）
     在Java虛擬機器中，被載入類型的資訊都儲存在方法區中。這寫資訊在記憶體中的組織形式由虛擬機器的實現者定義，比如，虛擬機器工作在一個“little- endian”的處理器上，他就可以將資訊儲存為“little-endian”格式的，雖然在Java類檔案中他們是以“big-endian”格式保 存的。設計者可以用最適合并地機器的表示格式來儲存資料，以保證程式能夠以最快的速度執行。但是，在一個只有很小記憶體的裝置上，虛擬機器的實現者就不會佔用 很大的記憶體。
     程式中的所有線程共用一個方法區，所以存取方法區資訊的方法必須是安全執行緒的。如果你有兩個線程都去載入一個叫Lava的類，那隻能由一個線程被容許去載入這個類，另一個必須等待。
     在程式運行時，方法區的大小是可變的，程式在運行時可以擴充。有些Java虛擬機器的實現也可以通過參數也訂製方法區的初始大小，最小值和最大值。
     方法區也可以被垃圾收集。因為程式中的內由類載入器動態載入，所有類可能變成沒有被引用（unreferenced）的狀態。當類變成這種狀態時，他就可 能被垃圾收集掉。沒有載入的類包括兩種狀態，一種是真正的沒有載入，另一個種是“unreferenced”的狀態。詳細資料參見第七章的類的生命週期 （The Lifetime of a Class）。
     1、類型資訊（Type Information）
          每一個被載入的類型，在Java虛擬機器中都會在方法區中儲存如下資訊：
          1）、類型的全名（The fully qualified name of the type）
          2）、類型的父類型的全名（除非沒有父類型，或者弗雷形式java.lang.Object）（The fully qualified name of the typeís direct superclass）
          3）、給類型是一個類還是介面（class or an interface）（Whether or not the type is a class ）
          4）、類型的修飾符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）（The typeís modifiers）
          5）、所有父介面全名的列表（An ordered list of the fully qualified names of any direct superinterfaces）
          類型全名儲存的資料結構由虛擬機器實現者定義。除此之外，Java虛擬機器還要為每個類型儲存如下資訊：
          1）、類型的常量池（The constant pool for the type）
          2）、類型欄位的資訊（Field information）
          3）、類型方法的資訊（Method information）
          4）、所有的靜態類變數（非常量）資訊（All class (static) variables declared in the type, except constants）
          5）、一個指向類載入器的引用（A reference to class ClassLoader）
          6）、一個指向Class類的引用（A reference to class Class）

          1）、類型的常量池（The constant pool for the type）
          常量池中儲存中所有類型是用的有序的常量集合，包含直接常量（literals）如字串、整數、浮點數的常量，和對類型、欄位、方法的符號引用。常量池 中每一個儲存的常量都有一個索引，就像數組中的欄位一樣。因為常量池中儲存中所有類型使用到的類型、欄位、方法的字元引用，所以它也是動態串連的主要對 象。
          2）、類型欄位的資訊（Field information）
          欄位名、欄位類型、欄位的修飾符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）、欄位在類中定義的順序。
          3）、類型方法的資訊（Method information）
          方法名、方法的傳回值類型（或者是void）、方法參數的個數、類型和他們的順序、欄位的修飾符（public，private，protected，static，final，volatile，transient等）、方法在類中定義的順序
          如果不是抽象和本地本法還需要儲存
          方法的位元組碼、方法的運算元堆棧的大小和本地變數區的大小（稍候有詳細資料）、異常列表（詳細資料參見第十七章“Exceptions”。）
          4）、類（靜態）變數（Class Variables）
          類變數被所有類的執行個體共用，即使不通過類的執行個體也可以訪問。這些變數綁定在類上（而不是類的執行個體上），所以他們是類的邏輯資料的一部分。在Java虛擬機器使用這個類之前就需要為類變數（non-final）分配記憶體
          常量（final）的處理方式於這種類變數（non-final）不一樣。每一個類型在用到一個常量的時候，都會複製一份到自己的常量池中。常量也像類變 量一樣儲存在方法區中，只不過他儲存在常量池中。（可能是，類變數被所有執行個體共用，而常量池是每個執行個體專屬的）。Non-final類變數儲存為定義他的 類型資料（data for the type that declares them）的一部分，而final常量儲存為使用他的類型資料（data for any type that uses them）的一部分。

          5）、指向類載入器的引用（A reference to class ClassLoader）
          每一個被Java虛擬機器載入的類型，虛擬機器必須儲存這個類型是否由原始類載入器或者類載入器載入。那些被類載入器載入的類型必須儲存一個指向類載入器的引 用。當類載入器動態串連時，會使用這條資訊。當一個類引用另一個類時，虛擬機器必須儲存那個被引用的類型是被同一個類載入器載入的，這也是虛擬機器維護不同命 名空間的過程。詳情參見第八章“The Linking Model”
          6）、指向Class類的引用（A reference to class Class）
          Java虛擬機器為每一個載入的類型建立一個java.lang.Class類的執行個體。你也可以通過Class類的方法：
public static Class forName(String className)來尋找或者載入一個類，並取得相應的Class類的執行個體。通過這個Class類的執行個體，我們可以訪問Java虛擬機器方法區中的資訊。具體參照Class類的JavaDoc。
     2、方法列表（Method Tables）
     為了更有效訪問所有儲存在方法區中的資料，這些資料的儲存結構必須經過仔細的設計。所有方法區中，除了儲存了上邊的那些原始資訊外，還有一個為了加快存 取速度而設計的資料結構，比如方法列表。每一個被載入的非抽象類別，Java虛擬機器都會為他們產生一個方法列表，這個列表中儲存了這個類可能調用的所有執行個體 方法的引用，報錯那些父類中調用的方法。

 

八、堆
     當Java程式建立一個類的執行個體或者數組時，都在堆中為新的對象分配記憶體。虛擬機器中只有一個堆，所有的線程都共用它。
     1、垃圾收集（Garbage Collection）
     垃圾收集是釋放沒有被引用的對象的主要方法。它也可能會為了減少堆的片段，而移動對象。在Java虛擬機器的規範中沒有嚴格定義垃圾收集，只是定義一個Java虛擬機器的實現必須通過某種方式管理自己的堆。詳情參見第九章“Garbage Collection”。
     2、Object Storage Service結構（Object Representation）
     Java虛擬機器的規範中沒有定義對象怎樣在堆中儲存。每一個對象主要儲存的是他的類和父類中定義的物件變數。對於給定的對象的引用，虛擬機器必須嫩耨很快的 定位到這個對象的資料。另為，必須提供一種通過對象的引用方法對象資料的方法，比如方法區中的對象的引用，所以一個對象儲存的資料中往往含有一個某種形式 指向方法區的指標。
     一個可能的堆的設計是將堆分為兩個部分：引用池和對象池。一個對象的引用就是指向引用池的本地指標。每一個引用池中的條目都包含兩個部分：指向對象池中對 象資料的指標和方法區中對象類資料的指標。這種設計能夠方便Java虛擬機器堆片段的整理。當虛擬機器在對象池中移動一個對象的時候，只需要修改對應引用池中 的指標地址。但是每次訪問對象的資料都需要處理兩次指標。示範了這種堆的設計。在第九章的“垃圾收集”中的HeapOfFish Applet示範了這種設計。 
     另一種堆的設計是：一個對象的引用就是一個指向一堆資料和指向相應對象的位移指標。這種設計方便了對象的訪問，可是對象的移動要變的異常複雜。示範了這種設計 
     當程式試圖將一個對象轉換為另一種類型時，虛擬機器需要判斷這種轉換是否是這個對象的類型，或者是他的父類型。當程式適用instanceof語句的時候也 會做類似的事情。當程式調用一個對象的方法時，虛擬機器需要進行動態綁定，他必須判斷調用哪一個類型的方法。這也需要做上面的判斷。
     無論虛擬機器實現者使用哪一種設計，他都可能為每一個對象儲存一個類似方法列表的資訊。因為他可以提升對象方法調用的速度，對提升虛擬機器的效能非常重要，但 是虛擬機器的規範中比沒有要求必須實作類別似的資料結構。描述了這種結構。圖中顯示了一個對象引用相關聯的所有的資料結構，包括：
          1）、一個指向類型資料的指標
          2）、一個對象的方法列表。方法列表是一個指向所有可能被調用對象方法的指標數組。方法資料包括三個部分：作業碼堆棧的大小和方法堆棧的本地變數區；方法的位元組碼；異常列表。
          每一個Java虛擬機器中的對象必須關聯一個用於同步多線程的lock(mutex)。同一時刻，只能有一個對象擁有這個對象的鎖。當一個擁有這個這個對象 的鎖，他就可以多次申請這個鎖，但是也必須釋放相應次數的鎖才能真正釋放這個對象鎖。很多個物件在整個生命週期中都不會被鎖，所以這個資訊只有在需要時才需 要添加。很多Java虛擬機器的實現都沒有在對象的資料中包含“鎖定資料”，只是在需要時才產生相應的資料。除了實現對象的鎖定，每一個對象還邏輯關聯到一 個“wait set”的實現。鎖定幫組線程獨立處理共用的資料，不需要妨礙其他的線程。“wait
set”幫組線程協作完成同一個目標。“wait set”往往通過Object類的wait()和notify()方法來實現。 
     垃圾收集也需要堆中的對象是否被關聯的資訊。Java虛擬機器規範中指出垃圾收集一個運行一個對象的finalizer方法一次，但是容許 finalizer方法重新引用這個對象，當這個對象再次不被引用時，就不需要再次調用finalize方法。所以虛擬機器也需要儲存finalize方法 是否運行過的資訊。更多資訊參見第九章的“垃圾收集”
     3、數組的儲存（Array Representation）
在Java 中，數組是一種完全意義上的對象，他和對象一樣儲存在堆中、有一個指向Class類執行個體的引用。所有同一維度和類型的數組擁有同樣的Class，數組的長 度不做考慮。對應Class的名字表示為維度和類型。比如一個整型資料的Class為“[I”，位元組型三維數組Class名為“[[[B”，兩維對象資料 Class名為“[[Ljava.lang.Object”。
多維陣列被表示為數組的數組，如： 
     數組必須在堆中儲存數組的長度，數組的資料和一些對象數群組類型資料的引用。通過一個數組引用的，虛擬機器應該能夠取得一個數組的長度，通過索引能夠訪問特定 的資料，能夠調用Object定義的方法。Object是所有資料類的直接父類。更多資訊參見第六章“類檔案”。
九、PC寄存器（程式計數器）（The Program Counter）
     每一個線程開始執行時都會被建立一個程式計數器。程式計數器只有一個字長（word），所以它能夠儲存一個本地指標和returnValue。當線程執行 時，程式計數器中存放了正在執行指令的地址，這個地址可以使一個本地指標，也可以使一個從方法位元組碼開始的位移指標。如果執行本地方法，程式計數器的值沒 有被定義。
十、Java堆棧（The Java Stack）
     當一個線程啟動時，Java虛擬機器會為他建立一個Java堆棧。Java堆棧用一些離散的frame類紀錄線程的狀態。Java虛擬機器堆Java堆棧的操作只有兩種：壓入和彈出frames。
     線程中正在執行的方法被稱為當前方法（current method），當前方法所對應的frame被稱為當前幀（current frame）。定義當前方法的類被稱為當前類（current class），當前類的常量池被稱為當前常量池（current constant pool.）。當線程執行時，Java虛擬機器會跟蹤當前類和當前常量池。但線程操作儲存在幀中的資料時，他只操作當前幀的資料。
     當線程調用一個方法時，虛擬機器會產生一個新的幀，並壓入線程的Java堆棧。這個新的幀變成當前幀。當方法執行時，他使用當前幀儲存方法的參數、本地變 量、中間結構和其他資料。方法有兩種退出方式：正常退出和異常推出。無論方法以哪一種方式推出，Java虛擬機器都會彈出並丟棄方法的幀，上一個方法的幀變 為當前幀。
     所有儲存在幀中的資料都只能被擁有它的線程訪問，線程不能訪問其他線程的堆棧中的資料。所以，存取方法的本地變數時，不需要考慮多線程同步。
     和方法區、堆一樣，Java堆棧不需要連續的記憶體空間，它可以被儲存在一個分散的記憶體空間或者堆上。堆棧具體的資料和長度都有Java虛擬機器的實現者自己定義。一些實現可能提供了執行堆棧最大值和最小值的方法。
十一、堆疊框架（The Stack Frame）
     堆疊框架包含三部分：本地變數、運算元堆棧和幀資料。本地變數和運算元堆棧的大小都是一字（word）為單位的，他們在編譯就已經確定。幀資料的大小取決於 不同的實現。當程式調用一個方法時，虛擬機器從類資料中取得本地變數和運算元堆棧的大小，建立一個合適大小和幀，然後壓入Java堆棧中。
     1、本地變數（Local Variables）
     本地變數在Java堆疊框架中被組織為一個從0計數的數組，指令通過提供他們的索引從本地變數區中取得相應的值。Int,float,reference, returnValue佔一個字，byte,short,char被轉換成int然後儲存，long和doubel佔兩個字。
     指令通過提供兩個字索引中的前一個來取得long,doubel的值。比如一個long的值儲存在索引3，4上，指令就可以通過3來取得這個long類型的值。
     本地變數區中包含了方法的參數和本地變數。編譯器將方法的參數以他們申明的順序放在數組的前面。但是編譯器卻可以將本地變數任意排列在本地變數數組中，甚至兩個本地變數可以公用一個地址，比如，當兩個本地變數在兩個不交疊的地區內，就像迴圈變數i,j。
     虛擬機器的實現者可以使用任何結構來描述本地變數區中的資料，虛擬機器規範中沒有定義如何儲存long和doubel。
     2、運算元堆棧（Operand Stack）
     向本地變數一樣，運算元堆棧也被組織為一個以字為單位的數組。但是不像本地變數那樣通過索引訪問，而是通過push和pop值來實現訪問的。如果一個指令push一個值到堆棧中，那麼下一個指令就可以pop並且使用這個值。
     運算元堆棧不像程式計數器那樣不可以被指令直接存取，指令可以直接存取運算元堆棧。Java虛擬機器是一個以堆棧為基礎，而不是以寄存器為基礎的，因為它的 指令從堆棧中取得運算元，而不是同寄存器中。當然，指令也可以從其他地方去的運算元，比如指令後面的作業碼，或者常量池。但是Java虛擬機器指令主要是從 運算元堆棧中取得他們需要的運算元。
     Java虛擬機器將運算元堆棧視為工作區，很多指令通過先從運算元堆棧中pop值，在處理完以後再將結果push回運算元堆棧。一個add的指令執行過程如 所示：先執行iload_0和iload_1兩條指令將需要相加的兩個數，從本地方法區中取出，並push到運算元堆棧中；然後執行iadd指令，現 pop出兩個值，相加，並將結果pusp進運算元堆棧中；最後執行istore_2指令，pop出結果，賦值到本地方法區中。 
     3、幀資料（Frame Data）
     處理本地變數和運算元堆棧以外，java堆疊框架還包括了為了支援常量池，方法傳回值和異常分發需要的資料，他們被儲存在幀資料中。
     當虛擬機器遇到使用指向常量池引用的指令時，就會通過幀資料中指向常量區的指標來訪問所需要的資訊。前面提到過，常量區中的引用在最開始時都是符號引用。即使當虛擬機器檢查這些引用時，他們也是字元引用。所以虛擬機器需要在這時轉換這個引用。
     當一個方法正常返回時，虛擬機器需要重建那個調用這個方法的方法的堆疊框架。如果執行完的方法有傳回值，虛擬機器就需要將這個值push進調用方法的哪個運算元堆棧中。
     幀資料中也包含虛擬機器用來處理異常的異常表的引用。異常表定義了一個被catch語句保護的一段位元組碼。每一個異常表中的個體又包含了需要保護的位元組瑪的 範圍，和異常被捕捉到時需要執行的位元組碼的位置。當一個方法拋出一個異常時，Java虛擬機器就是用異常表去判斷如何處理這個異常。如果虛擬機器找到了一個匹 配的catch，他就會將控制權交給catch語句。如果沒有找到匹配的catch，方法就會異常返回，然後再調用的方法中繼續這個過程。
     除了以上的三個用途外，幀資料還可能包含一些依賴於實現的資料，比如調試的資訊。
十二、本地方法堆棧
     本地方法區依賴於虛擬機器的不同實現。虛擬機器的實現者可以自己決定使用哪一種機制去執行本地方法。
     任何本地方法介面（Native Method Interface）都使用某種形式的本地方法堆棧。 
十三、執行引擎
     一個java虛擬機器實現的核心就是執行引擎。在Java虛擬機器規範，執行引擎被描述為一系列的指令。對於每一個指令，規範都描述了他們應該做什麼，但是沒有說要如何去做。
     1、指令集
     在Java虛擬機器中一個方法的位元組碼流就是一個指令的序列。每一個指令由一個位元組的作業碼（Opcode）和可能存在的運算元（Operands）。操作 碼指示去做什麼，運算元提供一些執行這個作業碼可能需要的額外的資訊。一個抽象的執行引擎每次執行一個指令。這個過程發生在每一個執行的線程中。
有時，執行引擎可能會遇到一個需要調用本地方法的指令，在這種情況下，執行引擎會去試圖調用本地方法，但本地方法返回時，執行引擎會繼續執行位元組碼流中的下一個指令。本地方法也可以看成對Java虛擬機器中的指令集的一種擴充。
     決定下一步執行那一條指令也是執行引擎工作的一部分。執行引擎有三種方法去取得下一條指令。多數指令會執行跟在他會面的指令；一些像goto， return的指令，會在他們執行的時候決定他們的下一條指令；當一個指令拋出異常時，執行引擎通過匹配catch語句來決定下一條應該執行的指令。
     平台獨立性、網路移動性、安全性左右了Java虛擬機器指令集的設計。平台獨立性是指令集設計的主要影響因素之一。基於堆棧的結構使得Java虛擬機器可以在 更多的平台上實現。更小的作業碼，緊湊的結構使得位元組碼可以更有效利用網路頻寬。一次性的位元組碼驗證，使得位元組碼更安全，而不影響太多的效能。
     2、執行技術
     許多種執行技術可以用在Java虛擬機器的實現中：解釋執行，及時編譯（just-in-time compiling），hot-spot compiling,native execution in silicon。
     3、線程
     Java虛擬機器規範定義了一種為了在更多平台上實現的執行緒模式。Java執行緒模式的一個目標時可以利用本地線程。利用本地線程可以讓Java程式中的線程能過在多處理器機器上真正的同時執行。
     Java執行緒模式的一個代價就是線程優先順序，一個Java線程可以在1-10的優先順序上運行。1最低，10最高。如果設計者使用了本地線程，他們可能將這 10個優先順序映射到本地優先順序上。Java虛擬機器規範只定義了，高一點優先順序的線程可以卻一些cpu時間，低優先順序的線程在所有高優先順序線程都堵塞時，也 可以擷取一些cpu時間，但是這沒有保證：低優先順序的線程在高優先順序線程沒有堵塞時不可以獲得一定的cpu時間。因此，如果需要在不同的線程間協作，你必 須使用的“同步（synchronizatoin）”。
     同步意味著兩個部分：對象鎖（object locking）和線程等待、啟用(thread wait and notify)。對象鎖協助線程可以不受其他線程的幹擾。線程等待、啟用可以讓不同的線程進行協作。
     在Java虛擬機器的規範中，Java線程被描述為變數、主記憶體、工作記憶體。每一個Java虛擬機器的執行個體都有一個主記憶體，他包含了所有程式的變數：對象、數組合類別變數。每一個線程都有自己的工作記憶體，他儲存了哪些他可能用到的變數的拷貝。規則：
          1）、從主記憶體拷貝變數的值到工作記憶體中
          2）、將工作記憶體中的值寫會主記憶體中
     如果一個變數沒有被同步化，線程可能以任何順序更新主記憶體中的變數。為了保證多線程程式的正確的執行，必須使用同步機制。
十四、本地方法介面（Native Method Interface）
     Java虛擬機器的實現並不是必須實現本地方法介面。一些實現可能根本不支援本地方法介面。Sun的本地方法介面是JNI(Java Native Interface)。
十五、現實中的機器（The Real Machine）
十六、數學方法：模擬(Eternal Math : A Simulation)

備忘：Java虛擬機器工作原理來自http://java.chinaitlab.com/Jvm/534088_1---2.html