JVMの内部構成
2002年5月13日
海谷 治彦
1
JVMという言葉の意味
• JavaVM仕様: JavaVMの動作等を規定し
た文書.リンク有
• JavaVM実装: 上記仕様に準拠して動くシ
ステム(ソフト,ハード問わず).
• JavaVMランタイム: あるJVM実装の実行
プロセス
教科書 p.4-5
2
今日の話の中心
マシン内の構造
この辺
レジスタ
ロード
メモリ
3
JVM内の基本構造(大雑把)
クラスファイルの
内容チェック
クラス
ファイル
クラスローダー
クラスローダー
クラスローダー
クラスローダー
クラスデータを保存
クラスファイル
ヒープエリア
ヒープエリア
ヒープエリア
Javaスタック
メソッドエリア
実行
エンジン
ヒープ
各実行スレッドのローカルデータ
(実行経過)を保存
教科書 p.15
インスタンスデータ
を保存
* 原著および教科書p.15をベースに書いた. リンク有
4
クラス・ローダー
• (クラスファイルに入っている)マシン語をマ
シン内(メモリ)に読み込むサブ・システム.
• (システムクラスローダーを除き)Javaプログ
ラム自身で記述されているプログラムの一
種.
• 詳細は本授業シリーズ後半にて.
教科書 p.14
5
メソッドエリア
• 読まれたクラスデータを保存しておく場所.
• 動的リンク,ゴミ集め(GC),ネームスペー
ス等の重要な技術が実装されている.
• 実体はクラスデータ保存用のメモリと思え
ばよい.
• 詳細は,「クラスファイルの構造」の回に.
教科書 p.16
6
ヒープ
• インスタンスデータの集積場所.
• インスタンス属性を保存する領域と思えば
よい.
• よって,保存されるデータには型がある.
• 各メソッド内のローカル変数はここには置
かれない.(Javaスタック内に置かれる)
教科書 p.16
7
例
public class GasStation implements Refuelable, Tradable{
private int unitPrice;
private int cbalance;
青字の変数はヒープに入る.
private int remain;
GasStation(){ remain = 0; }
GasStation(int u, int b, int r){
this(); initTrade(u, b); inc(r);
}
public int dec(int s){
int r=0;
if(remain >= s){ remain -= s; r=s;}
return r;
}
赤字の変数はヒープに入る.
赤字の変数はJavaスタック
に入る.
8
Javaスタック
• 各スレッドが計算を行うためのメモリ領域.
• スレッドに1対1対応しているので動作中に
その数は不定.
• スタックの名から分かるように,スタックに
基づく計算を行う.(多分システムプログラ
ムでやったでしょう.)
• 計算(関数呼び出しを含む)は逆ポーランド
記法を利用している.
教科書 p.16-
9
スタックとは (多分,復習)
• 「積み重ねる」の意味.
• 計算機科学的には,「後から格納したデー
タが先に出てくる」集合型のデータ構造を
指す.
• スタックの用語(というか基本操作)
– push スタックに値を格納する
– pop スタックから値を出す
10
スタック操作の例
3
10
9
3
10
9
3
10
9
3
3
10
10
10
11
逆ポーランド記法とは
• 演算子を後に書く式の記述様式.
– 例: (a+b)*c は a b + c * となる.
• 前述のスタックを使うと,すごく簡単に計算
を実現できる.
• 関数(メソッド)呼び出しも広義には演算呼
び出しと等価なので,Javaスタック内での
内部表現として使われる.
• 詳細はリンクを参照.
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Javaスタック内の構造
カプ
ウロ
ング
タラ
ム
フレーム
フレーム
フレーム
オペランド
スタック
オペランド
スタック
オペランド
スタック
ローカル
変数
ローカル
変数
ローカル
変数
スタック増減
•「フレーム」という要素のスタック.
•フレームは,1回のメソッド呼び出しに対応.
•フレーム内の計算のためにも,スタック(オペランドスタッ
ク)が利用されている.
•詳細は「実行時の構造」の回にて.
例えば教科書 p.20の図
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Java Byteコード
• JVMが解釈可能なマシン語
• クラスファイル内に入っているのもコレ
• Java Class File Format に準拠したデータ列
– 別にファイルに入っている必然性はない.
• 主に以下の部分からなる.
– 定数表(コンスタントプール)
– 命令列(インストラクション)
– 変数定義
14
Byteコードのインストラクション
• Byteコード内の命令文の最小単位
• 教科書p.219以降に個々の詳細説明あり.
– 例えば,p.317のiaddなど.
• 基本的には逆ポーランド記法を前提とした
計算を行う.
15
以上,それぞれ説明しました
クラスファイルの
内容チェック
クラス
ファイル
クラスローダー
クラスローダー
クラスローダー
クラスローダー
クラスデータを保存
クラスファイル
ヒープエリア
ヒープエリア
ヒープエリア
Javaスタック
メソッドエリア
実行
エンジン
方向
にも
注意
ヒープ
各実行スレッドのローカルデータ
(実行経過)を保存
インスタンスデータ
を保存
* 原著および教科書p.15をベースに書いた. リンク有
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実習: クラスロードを観察
• java –verbose クラス名
– でロードするクラスの名(と出生)を確認できま
す.
• Hello World程度でも,沢山のクラスをロー
ドしています.(jdk1.2.2 linuxで178個)
• 同じクラスが二度利用されても,二度は
ロードされてません.(重要)
• 詳細はリンク参照.
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ダウンロード

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