Java - JVM | 易学教程

前言
面向人群及参考书目
Java及JVM简介
Java发展的重大事件
虚拟机与Java虚拟机
1. 虚拟机分为系统虚拟机和程序虚拟机。
  1. 系统虚拟机：Visual Box、VMware - 完全对物理计算机的仿真，提供一个可运行完整操作系统的软件平台。
  2. 程序虚拟机：Java虚拟机[JVM] - 专门为执行单个计算机程序而设计，在Java虚拟机中执行的指令我们称为JVM字节码指令[这里不一定是Java字节码，只要是按照JVM规范编译出的字节码文件，Java虚拟机都可以解释运行]。
2. 无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。
3. Java虚拟机
  1. Java虚拟机是一台直行JVM字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码也未必由Java语言编译而成。
  2. JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回收器，以及可靠的即时编译器。
  3. Java技术的核心就是Java虚拟机（JVM，Java Virtual Machine），因为所有的Java程序都运行在Java虚拟机内部。
  4. 作用：Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编辑对应平台上的机器指令执行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细的定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放哪里。
  5. 特点
    1. 一次编译，到处运行。
    2. 自动内存管理。
    3. 自动垃圾回收功能。’
  6. 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
1. HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
2. 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
3. 在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。
  1. 简略图
  2. 详情图
Java代码执行流程
JVM的架构模型
1. 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寄存器的指令集架构。
2. 这两种架构之间的区别：
  1. 基于栈式架构的特点：
    1. 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
    2. 避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配；
    3. 指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程以来操作栈。指令集更小，编译更容易实现。
    4. 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台；
  2. 基于寄存器架构的特点：
    1. 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。
    2. 指令集架构完全依赖硬件，可移植性差。
    3. 性能优秀和执行更高效。
    4. 花费更少的指令去完成一项操作。
    5. 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。
3. 总结：
  1. ==由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。==不同平台的CPU架构不同，所以不能设计为寄存器。
  2. 优点：跨平台、指令集小、编译容易实现。
  3. 缺点：性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
4. 问：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HotSpotVM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寄存器的架构呢？
5. 答：栈架构设计实现简单、栈可以在非资源受限的环境下运行。
JVM的生命周期
1. 虚拟机的启动：
  1. 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，这个类是由虚拟的具体实现来指定的。
2. 虚拟机的执行：
  1. 一个运行中的Java虚拟机有着清晰的任务：执行Java程序。
  2. 程序开始执行时他才运行，程序结束时它就停止。
  3. 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。
3. 虚拟的退出：
  1. 程序正常执行结束。
  2. 程序在执行过程中遇到了异常或错误二异常终止。
  3. 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止。
  4. 某线程调用Runtime类或者System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全按管理器也允许这次exit或halt操作。
  5. 除此之外，JNI（Java Native Interface）规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机的退出情况。
JVM的发展历程
1. Sun Classic VM
  1. 早在1996年Java1.0版本的时候，Sun公司发布了一款名为Sun Classic VM的Java虚拟机，它同时也是世界上第一款商用的Java虚拟机，JDK1.4时完全被淘汰。
  2. 这款虚拟机内部只提供解释器。
  3. 如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。但是一旦使用JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作。
  4. 现在hotspot内置了此虚拟机。
2. Exact VM
  1. 为了解决上一个虚拟机问题，JDK1.2时，sun提供了此虚拟机。
  2. Exact Memory Management：准确式内存管理
    1. 也可叫Non-ConServative/Accurate Memory Management。
    2. 虚拟机可以知道内存中某个位置的数据是什么类型。
  3. 具备现代高性能虚拟机的雏形
    1. 热点探测。
    2. 编译器与解释器混合工作模式。
  4. 旨在Solaris平台短暂使用，其他平台上还是Classic VM
    1. 英雄气短，中北Hotspot虚拟机替换。
3. Sun公司的 HotSpot VM
  1. HotSpot历史
    1. 最初由一家名为“Longview Technoligies”的小公司设计。
    2. 1997年，此公司被Sun收购；2009年，Sun公司被甲骨文收购。
    3. JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机。
  2. 目前HotSpot占有绝对的市场地位，称霸武林
    1. 不管是现在仍在被广泛使用的JDK6，还是使用比例比较多的JDK8中，默认的虚拟机都是HotSpot。
    2. Sun/Oracle JDK和OpenJDK的默认虚拟机。
  3. 从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用
  4. 名称中的HotSpot指的就是他的热点代码探测技术。
    1. 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。
    2. 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才能中取得平衡。
4. BEA公司的 JRockit

来源：CSDN

作者：Qu666i

链接：https://blog.csdn.net/weixin_40575457/article/details/104167398

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