JVM虛擬機結構基礎研究（一）：類文件格式、數據類型與運行時數據區

類文件格式

JVM執行單元是.class文件，規範定義了與硬件/OS無關的二進制格式，精確描述類/接口表示，甚至包含字節序等細節（平台相關目標文件通常固定不說明）。

JVM支持的數據類型

與Java語言規範幾乎一致：基本類型與引用類型，可存儲於變量表、作為參數傳遞、方法返回、操作對象。差異在於JVM獨有返回地址類型（returnAddress），供jsr、ret、jsr_w指令使用，值為JVM指令操作碼指針，運行時不可修改。

布爾類型在JVM中的特殊處理

• 無專用布爾指令，源碼布爾運算編譯後作為int類型操作。
• 直接支持布爾數組：newarray創建，訪問/修改卻用baload/bastore（字節數組指令）。JDK 1.0~1.2中布爾數組編碼為字節數組（每元素8位）。
• JVM用1代表true，0代表false，編譯器映射為int且必須一致。

類型檢查策略

JVM期望幾乎所有類型檢查在運行前完成（通常由編譯器負責），運行時不再檢查。基本類型值無需標記/檢查類型，區分工作由指令集完成：iadd/ladd/fadd/dadd分別對應int/long/float/double加法，指令本身攜帶類型信息。

對象與引用

JVM顯式支持對象：類實例與數組動態分配。引用類型即對象引用，可視為指針，一個對象可有多引用，總通過引用操作/傳遞/測試。null無運行時類型，可轉換為任意類型，JVM不規定具體值。

運行時數據區（Data Areas）

JVM為程序運行定義數據區，按生存期分兩類：

• 堆/方法區：JVM啟動創建，退出銷毀，全局共享。
• 線程私有區：線程創建時建立，銷毀時釋放，每線程一份。

PC寄存器

每線程一個，保存當前執行指令地址（非本地方法）；本地方法時值未定義。大小足以容納returnAddress或本地指針。

JVM棧

存儲幀（Frame），保存局部變量、部分結果，參與方法調用/返回。僅支持壓入/彈出幀操作，幀可在堆上分配。棧溢出拋StackOverflowError；動態擴展失敗拋OutOfMemoryError。

堆

所有線程共享，存放對象實例與數組。啟動時創建，垃圾回收器自動管理內存。

方法區

共享區域，存儲類結構（運行時常量池、字段/方法數據、字節碼、構造函數等）。邏輯上屬於堆一部分，但可不連續、不固定大小、可不實現GC。

運行時常量池

每個類/接口的constant_pool表在類加載後進入方法區的運行時常量池，包含編譯期常量及動態解析的符號引用。

本地方法棧

支持Native方法調用，C Stacks等實現。