JVM系列-第1章-JVM与Java体系结构 | Youth的时光录
大部分Java开发人员,除了会在项目中使用到与Java平台相关的各种高精尖技术,对于Java技术的核心Java虚拟机了解甚少。
- 一些有一定工作经验的开发人员,打心眼儿里觉得SSM、微服务等上层技术才是重点,基础技术并不重要,这其实是一种本末倒置的“病态”。
- 如果我们把核心类库的API比做数学公式的话,那么Java虚拟机的知识就好比公式的推导过程。
Java-跨平台的语言
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我们平时说的java字节码,指的是用java语言编译成的字节码。准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为:jvm字节码。
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不同的编译器,可以编译出相同的字节码文件,字节码文件也可以在不同的JVM上运行。
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Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系,它只与特定的二进制文件格式——Class文件格式所关联,Class文件中包含了Java虚拟机指令集(或者称为字节码、Bytecodes)和符号表,还有一些其他辅助信息。
JVM的位置
JVM是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互
JVM的整体结构
方法区和堆共享一个内存,栈,本地方法栈,程序计数器每个线程独有一个
执行引擎,充当翻译高级语言的作用
Java代码执行流程
JVM的架构模型
Java编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构,另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。具体来说:这两种架构之间的区别:
基于栈式架构的特点:
- 设计和实现更简单,适用于资源受限的系统;
- 避开了寄存器的分配难题:使用零地址指令方式分配
- 指令流中的指令大部分是零地址指令,其执行过程依赖于操作栈。指令集更小,编译器容易实现
- 不需要硬件支持,可移植性更好,更好实现跨平台
基于寄存器架构的特点:
- 典型的应用是x86的二进制指令集:比如传统的PC以及Android的Davlik虚拟机。
- 指令集架构则完全依赖硬件,与硬件的耦合度高,可移植性差
- 性能优秀和执行更高效
- 花费更少的指令去完成一项操作
- 在大部分情况下,基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主,而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主
JVM架构总结
- 由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。栈的优点:跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能比寄存器差一些。
- 时至今日,尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了(准确来说应该是HotSpot VM的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了),那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢?
- 因为基于栈的架构跨平台性好、指令集小,虽然相对于基于寄存器的架构来说,基于栈的架构编译得到的指令更多,执行性能也不如基于寄存器的架构好,但考虑到其跨平台性与移植性,我们还是选用栈的架构
JVM的生命周期
虚拟机的启动
Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的,这个类是由虚拟机的具体实现指定的。
虚拟机的执行
- 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务:执行Java程序
- 程序开始执行时他才运行,程序结束时他就停止
- 执行一个所谓的Java程序的时候,真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程
虚拟机的退出
有如下的几种情况:
- 程序正常执行结束
- 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
- 由于操作系统用现错误而导致Java虚拟机进程终止
- 某线程调用Runtime类或System类的exit()方法,或Runtime类的halt()方法,并且Java安全管理器也允许这次exit()或halt()操作。
- 除此之外,JNI(Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载 Java虚拟机时,Java虚拟机的退出情况。
HotSpot VM(重点)
- HotSpot历史
- 最初由一家名为“Longview Technologies”的小公司设计
- 1997年,此公司被Sun收购;2009年,Sun公司被甲骨文收购。
- JDK1.3时,HotSpot VM成为默认虚拟机
- 目前Hotspot占有绝对的市场地位,称霸武林。
- 不管是现在仍在广泛使用的JDK6,还是使用比例较多的JDK8中,默认的虚拟机都是HotSpot
- Sun/oracle JDK和openJDK的默认虚拟机
- 因此本课程中默认介绍的虚拟机都是HotSpot,相关机制也主要是指HotSpot的GC机制。(比如其他两个商用虚机都没有方法区的概念)
- 从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。
- 名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术。
- 通过计数器找到最具编译价值代码,触发即时编译或栈上替换
- 通过编译器与解释器协同工作,在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡