JIT实现步骤:(1)对字节码进行验证并且划分基本块;(2)产生四元式;(3)根据四元式生成本地机器码;(4)操作数地址回填。

图3及时编译器的流程图

在字节码指令模拟操作的时候，按其语义动作生成指令属性四元式序列，指令属性四元式的结构为: (目的操作数， 源操作数1，源操作数2，语义动作)，四元式数据结构如下:

typedef struct Sequence{ 　 void (*func)(struct Sequence*); //语义动作 　 union{ 　 jvalue value; 　 struct _label_ *labconst; //标号类型操作数 　 Method *methconst; //方法地址操作数 　 struct slotData **smask; 　 struct slotData *slot; //槽操作数 　 }u[3]; 　 uint8 type; //Sequence类型 　 uint8 refered; //该四元式的引用 　 struct Sequence *next; //下一个四元式 }Sequence;

Java虚拟机的研究与实现(3)

其中目的操作数为Sequence.u[0]，源操作数1为Sequence.u[1]，源操作数2为Sequence.u[2]。 Sequence.func则代表语义动作，它主要用于生成该Sequence语义的本地机器码。

指令属性四元组建立后就进入代码生成阶段，属性四元组在形式上已经非常接近本地机器指令，只需要遍历该属性序列，执行相应的语义动作函数，即可生成机器指令。语义动作函数的功能包括操作数寻址、寄存器分配、建立指令连接以及本地机器码生成等。

在及时编译过程中要经常使用到操作数栈，虚拟机把操作数栈作为它的工作区。大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，然后把结果压回操作数栈。而操作数栈区，局部变量区和帧数据区被包含在方法帧中。方法帧的数据结构如下:

typedef struct Frame{ 　 struct Frame *prev; // 上一帧 　 struct Frame *next; // 下一帧 　 value_t *sp; // 栈槽指针 　 uint8 *pc; // 程序计数器 　 method_t *method; //指向正在被执行的方法 　 class_t *class_ptr; // 指向包含该方法的类 　 value_t locals[1]; //方法的局部变量的起始 }Frame;

本实现中的及时编译器的优点表现在:(1)大大提高了Java应用程序运行的速度;(2)编译过程只在运行时进行，不会改动Java字节码，不会影响Java程序的可移植性;(3)对字节码的编译，使得许多优化手段的采用成为可能。缺点表现在:(1)如果对所有方法进行编译，则会占用大量的内存空间;(2)及时编译的结果在虚拟机终止运行时不被保存，这意味着下一次运行同样的程序仍需要重复编译。

3、垃圾收集

垃圾收集器主要的任务是检测出垃圾对象，然后回收垃圾对象使用的堆空间并还给程序。kaffe采用了增量垃圾收集的算法，而本实现中采用了三色标记并清除算法。

在标记之前先将堆中所有的分配单元置成白色，然后按深度优先算法遍历每一个单元。当垃圾收集器遍历一个分支的时候,如果一个分配单元及与之相关联的单元都被遍历到，则将其标记成黑色。 如果一个单元被遍历到，但是与之相关联的单元尚未被遍历，则将该单元标记成灰色。这时，垃圾收集器将继续遍历与该灰色单元相关联的单元，直到这些相关联的单元全部被遍历到，才能将这个灰色单元标记成黑色。最后当所有被遍历到的单元都被标记成黑色的时候, 将堆中被标记成白色的分配单元回收。

图4三色标记并清除算法的中间过程图

最后是对堆碎块进行压缩处理。是通过快速地移动对象来减少堆碎块。即把当前活动的对象移动到堆的一端，在此过程中，堆的另外一端出现一块大的连续的内存单元。所有被移动的对象的引用也被更新

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