java从编码到执行

　　一、JVM基础入门_java虚拟机

JVM所处的位置

　　JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

　　一、JVM基础入门_java虚拟机_02

　　JVM是跨语言的平台，JVM与Java无关，任何语言只要其编译结果满足并包含Java虚拟机的内部指令集、符号表以及其他的辅助信息，符合class文件格式，它就是一个有效的字节码文件，就能够被虚拟机所识别并装载运行。

　　一、JVM基础入门_编译器_03

虚拟机与Java虚拟机

虚拟机


  • 所谓虚拟机（Virtual Machine），就是一台虚拟的计算机。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机
  • Visual Box，Mware属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台
  • 程序虚拟机的典型代表就是Java虚拟机，它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Java字节码指令
  • 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

Java虚拟机


  • Java虚拟机是一台执行Java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
  • JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器
  • Java技术的核心就是Java虚拟机，因为所有的Java程序都运行在Java虚拟机内部
  • 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/编译为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定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里

特点：一次编译，到处运行  自动内存管理  自动垃圾回收功能

JVM整体结构


  • HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
  • 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
  • 如今Java程序的运行性能也很高了，可以和C/C++程序媲美。

　　一、JVM基础入门_java虚拟机_04

　　执行引擎包含三部分：解释器，及时编译器JIT，垃圾回收器GC。

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，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以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主

JVM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
  • 程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止
  • “执行一个Java程序” 应该理解为 “执行一个Java虚拟机的进程”

虚拟机的退出


  • 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
  • 由于操作系统出现错误而导致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
  • 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

JVM的种类

Sun Classic VM


  • 世界上第一款商用Java虚拟机，JDK1.4时完全被淘汰
  • 虚拟机内部只提供解释器。现在还有及时编译器，因此效率比较低，而及时编译器会把热点代码缓存起来，那么以后使用热点代码的时候，效率就比较高
  • 编译器与解释器串行工作。如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。一旦使用了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
  • 现在hotspot内置了此虚拟机

Exact VM


  • 准确式内存管理：虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型
  • 具备现代高性能虚拟机的维形——热点探测（寻找出热点代码进行缓存）、编译器与解释器混合工作
  • 只在solaris平台短暂使用，很快就被Hotspot虚拟机替换了

HotSpot VM


  • 目前Hotspot占有绝对的市场地位
  • 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

JRockit


  • 专注于服务器端应用。它可以不太关注程序启动速度，因此JRockit内部不包含解析器实现，代码全靠即时编译器编译后执行
  • 大量的行业基准测试显示，JRockit JVM是世界上最快的JVM

IBM的J9


  • 市场定位与HotSpot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM，广泛用于IBM的各种Java产品
  • 有影响力的三大商用虚拟机（HotSpot、JRockit、J9）之一

……还有很多啦~

总结

具体JVM的内存结构，其实取决于其实现，不同厂商的JVM，或者同一厂商发布的不同版本，都有可能存在一定差异。