一起走进Java虚拟机的世界 —— 为什么要弄懂虚拟机

从本周开始，专栏Effective Java将开启一个全新的专题——Java虚拟机，在这个专题的课程里，您将学到如何定位OutOfMemory异常、如何进行JVM调优之类的知识，本文作为专题的开篇，带读者走进Java虚拟机的世界。

为什么要弄懂Java虚拟机

Java，在全世界范围吸引了900多万的开发者，全世界使用Java的设备多大几十亿台，其中包括11亿台个人计算机、30亿部移动电话和其他手持设备以及大量的机顶盒、导航系统等其他设备。

Java之所以拥有如此庞大的生态圈，自然和它许多不可忽视的优点分不开：“Write Once, run anywhere”(一次编写，到处运行)、自动的内存管理机制、热点代码检测和运行时编译优化等，而这些优点，都是背后虚拟机的功劳。

我们在IDE上开发完代码后，进行编译，生成了.class结尾的字节码文件，然后再放到虚拟机上解释执行，至于如何进行垃圾回收，如何进行运行速度的优化，都不用我们去管理。

作为一名Java程序员，在尽情享受Java虚拟机带来的好处的同时，还应该去了解和思考一下这些技术特性是如何实现的。当我们了解了Java虚拟机背后的原理，就不会在遇到OutOfMemory、Java heap space、StackOverFlow这样的异常的时候，束手无策，一脸懵逼的上网找解决办法，最后就算改了几个vm启动参数解决了问题，也云里雾里的。

本套课程，将和读者一起分析Java技术中最重要的那些特性的实现原理，下面让我们来简要了解一下Java虚拟机在Java技术体系中的地位。

Java技术体系

要了解Java的技术体系，首先要弄懂这两个名称的区别，JDK vs JRE ?

简单的说，JDK是用于支持Java程序开发的最小环境，而JRE，则是支持Java程序运行的最小环境。

所以很明显，JRE是JDK的子集，可以用oracle上的一张图来表示：



可以看出，JRE作为运行最小环境，只需要虚拟机和JavaSE API，即可将字节码运行起来，而JDK，作为开发最小环境，则需要向javac之类的API，来进行代码编译等操作，另外还包括后面会讲到的Java VisualVM, JConsole之类的Java提供的一些监测工具等。

Java虚拟机发展史

从1996年初Sun公司发布的JDK1.0中所包含的Sun Classic VM到今天，曾经涌现和湮灭过许多经典的虚拟机，接下来让我们一起回顾一些Java虚拟机的发展轨迹。

Sun Classic VM 第一款商用Java虚拟机

1996年1月23日，Sun公司发布JDK1.0，Java首次拥有了商用的正式运行环境——Sun Classic VM。

然而这款虚拟机十分缓慢，原因是它不能是解释器和编译器混合工作，也就是要么只使用纯解释器，这样运行时速度会很慢，要么使用纯编译器，这样必须对每一个方法、每一行代码进行编译，编译耗时会很高。“Java语言很慢”的形象就是在这时候在用户心中树立起来的。

Exact VM 现代高性能虚拟机的雏形

为了解决Sun Classic VM所面临的各种问题，Sun发布了一台名为Exact VM的虚拟机，这款虚拟机的执行系统，已经具备现代高性能虚拟机的雏形——两级即时编译器、编译器和解释器混合工作模式等，同时Exact VM采用准确式内存管理，即虚拟机可以知道内存某个位置的数据具体是什么类型，即这个位置是一个指向数字123的内存的reference，还是就是数字123，这样在垃圾收集时可以准确判断这些数据是否可用（后面课程会详细解释，这里读者只需了解一下即可），大大提高了垃圾回收的效率。

虽然Exact VM在技术上比Sun Classic VM先进了许多，但是很快，就被更为优秀的HotSpot VM所取代。

Sun HotSpot VM JDK默认虚拟机

我们现在上oracle官网，下载JDK，自带的虚拟机，就是HotSpot。

然而，HotSpot最初并非Sun公司开发的，而是由一家名为“Longview Technologies”的小公司设计的，甚至这款虚拟机一开始也不是为Java语言开发的，Sun公司注意到了这款虚拟机在JIT编译技术(Just In Time，即时编译技术)上有许多优秀的理念，在1997年收购了这家公司，获得了HotSpot VM。

HotSpot  VM的最大特点，正如其名，就是热点代码探测能力，这项能力，可以通过执行计数器，找出最具有编译价值的代码，然后通知JIT编译器进行编译，通过编译器和解释器的协同合作，在最优程序响应时间和最佳执行性能中取得平衡。

在2008年和2009年，Oracle分别收购了BEA和Sun，这样Oracle就同时拥有了两款优秀的Java虚拟机：JRockit VM和HotSpot VM，Oracle将这两款虚拟机的优势进行整合，打造出更加优秀的HotSpot.

总结

这一节，我们了解学习Java虚拟机的必要性，并且了解了Java技术体系和Java虚拟机的发展史，算是进入了Java虚拟机的世界，踩在门槛上了，下一节，将带大家真正走进Java虚拟机的世界，看看Java虚拟机的运行时数据，都是怎么划分的。

课后思考

今天讲的是历史，那么就留一道历史题吧，我们经常看到有人说他掌握J2SE、J2ME、J2EE，也看过有人说他很懂Java SE、Java ME、Java EE，那么到底应该叫是J2XX还是Java XX呢？ 欢迎您在评论区写下您的想法，答案将在下一节课公布。

参考资料

《深入理解Java虚拟机》周志明

后续课程将继续发布在专栏Effective Java，欢迎订阅，让Javdroider带您走进Java虚拟机的世界。