在及時編譯過程中要經常使用到操作數棧，虛擬機把操作數棧作為它的工作區。大多數指令都要從這里彈出數據，執行運算，然后把結果壓回操作數棧。而操作數棧區，局部變量區和幀數據區被包含在方法幀中。方法幀的數據結構如下:

　 　本實現中的及時編譯器的優點表現在:(1)大大提高了Java應用程序運行的速度;(2)編譯過程只在運行時進行，不會改動Java字節碼，不會影響 Java程序的可移植性;(3)對字節碼的編譯，使得許多優化手段的采用成為可能。缺點表現在:(1)如果對所有方法進行編譯，則會占用大量的內存空間; (2)及時編譯的結果在虛擬機終止運行時不被保存，這意味著下一次運行同樣的程序仍需要重復編譯。

　　3、垃圾收集

　　垃圾收集器主要的任務是檢測出垃圾對象，然后回收垃圾對象使用的堆空間并還給程序。kaffe采用了增量垃圾收集的算法，而本實現中采用了三色標記并清除算法。

　 　在標記之前先將堆中所有的分配單元置成白色，然后按深度優先算法遍歷每一個單元。當垃圾收集器遍歷一個分支的時候,如果一個分配單元及與之相關聯的單元 都被遍歷到，則將其標記成黑色。 如果一個單元被遍歷到，但是與之相關聯的單元尚未被遍歷，則將該單元標記成灰色。這時，垃圾收集器將繼續遍歷與該灰色單元相關聯的單元，直到這些相關聯的 單元全部被遍歷到，才能將這個灰色單元標記成黑色。最后當所有被遍歷到的單元都被標記成黑色的時候, 將堆中被標記成白色的分配單元回收。

　　圖4三色標記并清除算法的中間過程圖

　　最后是對堆碎塊進行壓縮處理。是通過快速地移動對象來減少堆碎塊。即把當前活動的對象移動到堆的一端，在此過程中，堆的另外一端出現一塊大的連續的內存單元。所有被移動的對象的引用也被更新，指向新的內存單元。

　　4、線程同步

　　Java虛擬機中存在著以下兩種線程:虛擬機系統線程和用戶Java線程。虛擬機系統線程是指虛擬機運行過程中執行其特殊功能的線程，比如垃圾收集器線程等。用戶Java線程是指用戶編寫的Java應用程序中明確表示要啟動的線程，并且至少有一個Java線程，即main方法。

　　而Java語言的一大優勢是支持多線程，這種支持主要表現在同步上。在java應用程序中使用synchronized關鍵字簡單地使方法同步，而在Java虛擬機指令中則使用monitorenter和monitorexit指令顯式地支持方法同步。Java虛擬機為每個對象都關聯一個鎖。當當前線程訪問共享資源的時候，會執行monitorenter指令來彈出該對象引用，從而獲取該對象引用相關聯的鎖。如果該對象已經被另一線程占用則當前線程就需要進入鎖的等待隊列，等待釋放對象上的鎖;已經獲取共享資源的線程在釋放資源的時候，執行monitorexit指令來彈出對象引用，并且釋放與該資源相關聯的鎖，并讓等待隊列中的第一個線程獲取該對象鎖。

　　當然線程thread也可以根據需要對某對象obj多次上鎖，上鎖的次數放在計數器counter中。只有當counter為0的時候，即thread加在該對象上的鎖被完全釋放，其它線程才有機會使用 object。對象的數據結構為:

typedef struct Obj{
uint32 size; //堆中對象的大小
uint16 counter; //對象被上鎖的數量
uint16 flag; //對象的狀態標志
uint16 thread_id; //對該對象進行加鎖的
//線程的ID
} Obj;

　　而在實際Java編程中, 程序員并不需要動手加鎖，對象鎖只是在Java虛擬機內部使用的。程序員只需要編寫同步語句就可以標志一監視區域，當Java虛擬機運行程序的時候，每次進入一個監視區域，它每次都會給對象上鎖。

　　5、線程調度

　　在本實現中，還需要考慮到在上述等待線程隊列中如何選擇下一個線程來執行，即線程調度問題。

 哪個線程將獲取notify命令，這一點在很大程度上取決于虛擬機的設計者，既可以通過使用FIFO隊列來調度，也可以根據所有等待線程的優先級來調度，比如喚醒等待隊列中優先級最高的線程獲取剛剛釋放的資源。而Bill Venners則從平臺無關和執行效率這兩個角度出發，提倡Java虛擬機的設計者應使用java.lang.Object類中的notifyAll()方法來代替notify()方法去喚醒等待隊列中的線程。

　　處理好線程調度問題，就可以節省程序的執行時間，這對于提高Java虛擬機的執行性能是很有幫助的。

　　總結

　 　本文在研究kaffe的基礎上，實現了一虛擬機。并且對Java虛擬機中的關鍵技術及時編譯器、垃圾收集器、線程同步和線程調度等做了分析。本文中所實 現的及時編譯器雖然在執行速度上比解釋型的Java虛擬機快得多，但是不如自適應優化編譯器，因為自適應優化編譯器具有程序啟動快，占用內存少的特點。如 果要明顯地提高虛擬機的性能，應該更多的從執行引擎著手。另外在Java應用程序的執行過程中許多時間是花費在多線程處理和垃圾收集上，如果在線程同步和 線程調度上有所創新，也可以提高虛擬機的執行性能。

　　研究Java虛擬機的實現過程有重要的意義，程序員可以編寫針對于不同平臺下的裁減了的Java虛擬機，這樣它就可以在實時嵌入式系統得到廣泛地應用。相信Java虛擬機將在更多的領域得到不斷的完善和發展。