CN103942100A - 一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法，Java线程在创建时，Java虚拟机给每个Java线程分配一个独有的Java栈，用来存放该Java线程的中间数据，用来模拟实际硬件调用栈结构；每个Java栈又由多个Java帧组成，在每个Java帧中保存了一个Java方法的调用状态。本发明采用独特的虚拟调用栈(java stack)和虚拟的寄存器结构，节省宝贵的数字电视机顶盒硬件资源，并容易把Java栈的多线程移植到只有很少寄存器的硬件平台上，优化了资源。这种java虚拟机设计具有良好的通用性，扩展性强，易于升级。

Description

一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法

技术领域

本发明属于数字电视中间件技术领域，特别涉及一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法。

背景技术

当前，数字电视中间件技术为广电运营商的业务提供一个相对统一的平台，使得跨域的业务互通变得更加简单。中间件技术通过对底层硬件资源的抽象，提供对上层各种应用的支持，其中间件平台负责屏蔽底层硬件差异性，并将底层资源模块抽象为上层API接口供第三方业务模块调用。通过终端平台来进行解析和呈现。在中间件平台里，终端平台在负责完成基本的音视频播放的同时，也负责接收前端广播的应用，并根据用户的操作运行这些应用，使得跨平台、海量信息业务的开展成为可能。

在数字电视中间件软件平台，其中国数字电视中间件标准也规定了必需支持Java应用，要实现支持Java的功能，就必须包含一个Java虚拟机。用来执行运行在数字电视机顶盒上的Java应用程序，通过独特的结构及跨平台设计，将应用程序和中间件标准，底层操作系统、硬件驱动隔离开，使上层的数字电视的服务应用不必考虑过多的平台细节，实现跨平台与硬件无关性。由于数字电视机顶盒的硬件资源比较有限，特别是能使用的内存一般都很小。这就要求Java虚拟机运行的环境设计应该减少了内存开销，使内存布局尽可能紧凑，统一资源管理的模式，同时采用虚拟调用栈，易于移植到只有很少寄存器的硬件平台上，达到节省了宝贵的硬件资源目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法。

本发明的技术方案是，一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法，

Java线程在创建时，Java虚拟机给每个Java线程分配一个独有的Java栈，用来存放该Java线程的中间数据，用来模拟实际硬件调用栈结构；

每个Java栈又由多个Java帧组成，在每个Java帧中保存了一个Java方法的调用状态。

在Java虚拟机处理Java方法调用的过程中，在Java栈中为Java方法调用者和Java方法被调用者分配连续的Java帧；

在Java帧内部按地址从低到高排列依次为局部变量区、帧数据区和操作栈数据区；

当Java调用方法调用被调用的Java方法时，Java虚拟机把Java调用方法的操作数栈中的数据，即被调用方法的参数，拷贝到被调用Java方法Java帧的局部变量区中；

调用方法的Java帧是在被调用方法的Java帧前面被创建的，由于Java帧是连续相邻分配，因此在Java帧的内存布局上看，采用重构技术把Java调用方法的操作栈数据区作为被调用Java方法的局部变量区。

本发明是基于数字电视中间件架构下，Java虚拟机运行的环境是数字电视机顶盒，硬件资源比较有限，特别是能使用的内存一般都很小。在如何有效使用内存资源方面，实现了以下两点创新：

1)采用紧凑对象布局设计减少了内存开销，使内存布局尽可能紧凑

一般情况下一个Java对象的内存布局包含两个部分：

(1)对象头，包含对象的反射信息和对象的Hash编码与锁状态。

(2)对象体，包含了对象字段。

传统的Java虚拟机实现对象头的时候至少使用了两个字存储，但由于对象的平均尺寸是很小的，一个对象头就占4个字节是比较占用空间的。现有的Java虚拟机中引入了一种新的设计，每个对象头只需要一个字就可以包含对象头必要信息，节省内存消耗，同时对象的动态分配也比较快。

2)在传统Java虚拟机的内存管理实现上，Java虚拟机都采用指定的区域存放相应的资源，比如用户对象、反射数据、临时数据和字节码，而这样很容易形成一系列不同的空间，如果这一系列可用空间过小，就形成我们所说的内存碎片，显然要整理这些碎片不是很容易。而现有的Java虚拟机的内存管理采用统一资源管理的模式，在现有的Java虚拟机中分配的数据全被放到对象栈，这些数据包含：

·Java对象

·反射对象

·字节码

·虚拟机内部数据结构。

本发明最大优点是就避免了一般虚拟机有小碎片的问题。在紧凑对象布局设计和内存管理优化后，基于数字电视中间件架构下，还应对Java栈的多线程框架优化设计，采用独特的虚拟调用栈(java stack)和虚拟的寄存器结构，采用虚拟栈中的overlap技术，这样和平台适配层配合，可节省宝贵的机顶盒硬件资源，并容易把Java栈的多线程移植到只有很少寄存器的硬件平台上，优化了资源。这种java虚拟机设计具有良好的通用性，扩展性强，易于升级。采用数字电视中间件与虚拟机分离，是中间件未来的发展趋势。

附图说明

图1是数字电视Java虚拟机框架图

图2是数字电视中间件结构示意图

图3是本发明实施例的虚拟调用栈结构图

图4是本发明实施例的Java帧的内存布局图

具体实施方式

本发明是在一种在数字电视中间件技术架构下，在Java虚拟机设计中，不使用真正硬件平台的寄存器来保存中间数据，而采用Java栈(每个Java线程在创建的时候，Java虚拟机会给它分配一个独有栈，用来存放该线程的中间数据)来虚拟实际硬件调用栈结构。这样基于中间件架构下java栈的多线程框架设计，采用独特的虚拟调用栈(java stack)和虚拟的寄存器结构，采用虚拟栈中的overlap技术，节省了宝贵的硬件资源，易于把Java虚拟机移植到只有很少寄存器的硬件平台上。

在开发Java虚拟机的实现中，不使用真正硬件平台的寄存器来保存中间数据，而采用Java栈(每个Java线程在创建的时候，Java虚拟机会给它分配一个独有栈，用来存放该线程的中间数据)来虚拟实际硬件调用栈结构，每个Java栈又由多个Java帧组成，在每个Java帧中保存了一个Java方法的调用状态。如图3所示。

这样的系统结构会更紧凑，同时由于线程每调用一个方法就会为该方法分配相应的Java栈，因此不用考虑方法内部变量多线程同步问题，由于不使用真实CPU的积存器，节省了宝贵的硬件资源，同时易于把Java栈的多线程移植到只有很少寄存器的硬件平台上。

在Java虚拟机处理Java方法调用的过程中，在Java栈中为Java方法调用者和Java方法被调用着分配连续的Java帧。

在Java帧内部按地址从低到高排列依次为局部变量区、帧数据区和操作栈数据区。

当Java调用方法调用被调用的Java方法时，开发的Java虚拟机会把Java调用方法的操作数栈中的数据(被调用方法的参数)拷贝到被调用Java方法Java帧的局部变量区中。

调用方法的Java帧是在被调用方法的Java帧前面被创建的，由于Java帧是连续相邻分配，因此在Java帧的内存布局上看，采用重构(overlap)技术把Java调用方法的操作栈数据区作为被调用Java方法的局部变量区。例如，

Java帧的内存布局如图4所示。

在图4中可以看到当采用重构(overlap)技术时，由于a方法的操作数栈是b方法的局部变量区，这样当a方法调用b方法时就不用进行a方法的操作数栈数据到b方法的局部变量区的拷贝，从而提升Java方法调用的效率，由于内存共用也减少了Java栈的开销。

Claims (2)

1.一种基于中间件架构下java栈的多线程实现方法，其特征在于，

Java线程在创建时，Java虚拟机给每个Java线程分配一个独有的Java栈，用来存放该Java线程的中间数据，用来模拟实际硬件调用栈结构；

每个Java栈又由多个Java帧组成，在每个Java帧中保存了一个Java方法的调用状态。

2.如权利要求1所述的基于中间件架构下java栈的多线程实现方法，其特征在于，

在Java虚拟机处理Java方法调用的过程中，在Java栈中为Java方法调用者和Java方法被调用者分配连续的Java帧；

在Java帧内部按地址从低到高排列依次为局部变量区、帧数据区和操作栈数据区；

当Java调用方法调用被调用的Java方法时，Java虚拟机把Java调用方法的操作数栈中的数据，即被调用方法的参数，拷贝到被调用Java方法Java帧的局部变量区中；

调用方法的Java帧是在被调用方法的Java帧前面被创建的，由于Java帧是连续相邻分配，因此在Java帧的内存布局上看，采用重构技术把Java调用方法的操作栈数据区作为被调用Java方法的局部变量区。