JVM技术简介

  • JVM 简介
  • JVM是什么
  • 市场主流JVM分析
  • 为什么要学习JVM
  • JVM体系结构
  • JVM规范架构
  • Hotspot基本架构
  • Graalvm基本架构分析(了解)
  • 总结(Summary)
  • 面试FAQ分析
  • 常见Bug分析


JVM 简介

JVM是什么

JVM 是 Java Virtual Machine的缩写，顾名思义，它是一个可以执行JAVA字节码的虚拟计算机(有自己的指令集、内存区域、执行引擎等)，拥有自己独立的运行机制，是JAVA平台的一部分，如图所示：

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_JVM


其中，图中的:

  • JRE（Java Runtime Environment）Java程序运行时的一些基础类库，同时包含JVM。
  • JDK (Java Development Kit) Java程序开发工具包（包含了jre,jvm,工具）。

JVM是 Java 程序能够实现跨平台的基础(Java的跨平台本质上是通过不同平台的JVM实现的)，它的作用是加载Java字节码（bytecode），然后翻译或解释成对应平台的机器码再交由 CPU 执行。如图-2所示：

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_Java_02


程序在执行之前先要把 Java 代码（.java）转换成字节码（.class），JVM 通过类加载器 （ClassLoader）把字节码加载到内存中，但字节码文件是JVM 的一套指令集规范（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。），并不能直接交给底 层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine） 将字节码翻译成底层机器码，再交由 CPU 去执行。

市场主流JVM分析

JVM是一种规范，基于这种规范，不同公司就对此规范做了具体实现，例如市场上的一些主流JVM如下：

  1. HotSpot VM (Sun公司研发，后在2010年由Oracle公司收购)。
  2. JRockit VM (BEA公司研发，后在2008年由Oracle公司收购)。
  3. J9 VM （IBM 内部使用）。
  4. TaobaoJVM(AliJVM团队开发,基于OpenJDK开发了AlibabaJDK)
    5)…
    说明：HotSpot目前是应用最官方，最主要的一款JVM虚拟机。

为什么要学习JVM

第一：深入理解JVM可以帮助我们从平台角度提高解决问题的能力，例如：

  • 有效防止内存泄漏（Memory leak）。
  • 优化线程锁的使用 (Thread Lock)。
  • 科学进行垃圾回收 (Garbage collection)。
  • 提高系统吞吐量 (throughput)。
  • 降低延迟(Delay)，提高其性能(performance)。

第二：企业面试需要(中高级程序员必备技能)，例如：

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_Java_03

其实，我们学习一些java基础代码，可以不懂JVM。但是如果你想写一些比较精巧、效率比较高的代码，就需要懂一些JVM执行层面的知识了，比方说各种资源的分配，然后进行调优和故障排查。

JVM体系结构

JVM规范架构

JVM规范中，JVM主要由如下几部分构成，如图所示：

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_java_04

  1. 类加载系统 （ClassLoader System） ：负责加载类到内存。
  2. 运行时数据区 （Runtime Data Area）：负责存储数据信息(对象、方法等)。
  3. 执行引擎 （Execution Engine）:负责解释执行字节码、执行GC操作等。
  4. 本地库接口（Native Interface) 负责融合不同的编程语言为 Java 所用。

Hotspot基本架构

Java Hotspot 虚拟机是基于JVM规范的一种基本实现，它在JDK8版本中的基本架构（Architecture）如下：

其中，JVM规范中的方法区，在JDK8的HotSpot虚拟机中称之为元空间Metaspace。

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_JVM_05

Graalvm基本架构分析(了解)

GraalVM是Oracle发布的下一代Java虚拟机，2019.05才发布了第一个release 版本，分别有社区版和企业版。例如：

java中jvm是什么作用 jvm是java的什么_JVM_06


GraalVM有 三大特点

  1. 高效能运行 Java（使用 GraalVM 执行 Java 程式可以变得更快）。
  2. 多语言并行（可以在 Java 里面同时使用多种语言，像是 JavaScript、R…）
  3. 快速启动（直接把 Java 应用编译成机器码，执行起来体积更小、启动速度更快）。

总结(Summary)

面试FAQ分析

  • 你用的什么JVM(JAVA虚拟机)？（HotSpot）
  • 你了解市面上有哪些JVM？(HotSpot,JRockit,J9,TaobaoVM,Dalvik)
  • JDK,JRE,JVM之间是什么关系？(JDK>JRE>JVM)
  • 你觉得下一代JVM的发展方向应该是怎样的?(支持更多编程语言)
  • JVM规范JVM由哪及部分构成？(类加载子系统，运行时数据区、执行引擎、本地方法接口)
  • 为什么我们要学习JVM？

常见Bug分析