JVM详解（一）-- JVM与Java体系结构

本章思维导图

一、Java和JVM

1.1 JVM是java体系的基石

1. JDK 包含 JRE，JRE 包含 JVM。
2. JVM（java virtual machine）是虚拟计算机，用于执行字节码文件。JRE（java runtime environment）是 java 运行时环境，包含了 JVM 和 java 核心基础类库（JDBC，lang and util）。 JDK（java development kit）是 java 开发运行环境，包含了 JRE，同时还包含了编译 java 源码的 javac （或称为前端编译器）和用于 java 程序调试分析的工具（JConsole，visualVM等）等。

基于 JVM 聊一下 java 与 C++ 的区别 JVM 具有自动内存分配的功能和垃圾回收机制，而C++需要自己管理内存和自己回收内存。 虽然Java工程师不需要直接与内存分配、垃圾回收打交道，但学习JVM的这些机制对于设计高扩展性应用和诊断运行问题有重要意义。

1.2 跨平台特性

1.2.1 java是跨平台的语言

java通过在不同平台上根据 JVM 规范实现不同的 JVM 实现了 “java 的跨平台”。 注：java 是跨平台的，JVM 不是跨平台的。

1.2.2 JVM是跨语言的平台

JVM 只关心字节码文件，字节码文件使得在JVM上进行多语言或者编程成为现实。

二、JVM介绍

2.1 基本概念

1. 虚拟机。分为系统虚拟机（VM ware）和程序虚拟机（JVM，安卓的Dalvik）。
2. Java虚拟机。执行字节码的虚拟机，对字节码有一套规范。具有动态内存分配、垃圾回收机制。
3. JVM的位置--JVM是运行在操作系统之上的。

2.2 整体架构

2.2.1 Java执行流程

如下图

javac ：称为前端编译器。 高级语言翻译成机器指令的过程是由执行引擎完成的

2.2.2 JVM的指令集

指令集架构有两种

• 基于栈的指令集架构。设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；零地址指令方式分配指令；指令集小，同样的操作需要的指令多；可移植性好，跨平台性。
• 基于寄存器的指令集架构：性能优秀、执行高效；同样的操作需要的指令少；完全依赖硬件，可移植性差。

比如同样实现“2+3”，指令实现为：

// 基于栈的指令集架构：
iconst_2
istore_1 // 2入栈
iconst_3
istore_2 // 3入栈
iload_1
iload_2  // 2和3出栈
iadd     // 2 + 3
istore_3 // 结果5入栈
return
// 基于寄存器的指令集架构
mov eax, 2 //将eax寄存器设为2
add eax, 3 //将eax寄存器的值加3

java反编译的命令

// 先要cd 到需要反编译的文件路径下
javap -v 文件名.class

2.2.3 JVM的生命周期

• 启动：通过引导类加载器（bootstrap classloader）创建一个初始类（Init Class）来完成的，这个初始类是由具体 JVM 的实现来指定的。
• 运行：一个运行中的 JVM 有一个清晰的任务-执行程序，程序开始执行时 JVM 运行，程序结束时 JVM 停止，执行程序时，真正执行的是一个叫做 JVM 的进程。
• 退出：a.程序正常执行结束 b.程序在执行时遇到了异常或错误而异常终止 c.由于操作系统出现错误而导致JVM异常终止 d.某线程调用 Runime 类或 System 类的 exit 方法，或 Runtime 类的 halt 方法，Runtime 类是单例，对应于 JVM 的“运行时数据区” e.JNI（java 本地接口）规范描述了使用 JNI API 时 JVM 的退出情况。

三、JVM的发展历程

3.1 Classsic VM

第一款商用JVM；只提供解释器，若需使用JIT（即时编译器）编译器，需外挂，二者不能配合工作；Hotspot内置了Classic VM。

即时编译器可以使得程序在执行期间的速度加快，那为什么不只用即时编译器？

将字节码指令翻译成机器指令时是需要花费时间的，如果将所有代码都使用即时编译器编译并缓存（而不是选择热点代码），会导致程序在最初启动时会有“卡顿”印象，影响整体的执行速度。 解释器（逐行解释），响应快，但会重复解析热点代码；即时解释器，响应慢，但对热点代码可缓存。

3.2 Hotspot VM

服务端、客户端、移动端都有应用。JDK8中默认使用的 JVM。

hotspot 为何叫 hotspot？

“热点代码探测技术”：通过计数器找到最具编译价值的代码，触发即时编译或栈上替换；编译器（负责执行性能）和解释器（负责响应时间）协同工作，在最优化的程序响应时间和最佳的执行性能中取得平衡。

3.3 JRockit

专注于服务端。不关注程序的启动速度（响应时间），因此没有解释器的实现，全部代码都由即时编译器编译后执行。是世界上最快的JVM。

3.4 J9

市场定位与hotspot接近，但适用于IBM自己的计算机，通用性较差。