JVM与Java体系结构

古城微笑少年丶 2024-02-21 08:34 105阅读 0赞

**目录**

一、Java虚拟机整体架构祥图

二、Java代码执行过程详图

三、汇编语言、机器语言、高级语言关系

四、JVM的架构模型

五、JVM的生命周期

（一）虚拟机的启动

（二）虚拟机的执行

（三）虚拟机的退出

六、JVM发展历程

（一）sun Classic VM

（二）Exact VM

（三）hotspot虚拟机

（四）JRockit

（五）IBM J9

（六） Azul VM

（七）Liquid VM

（八）Apache Harmony

（九）TaobaoJVM

（十）Dalvik VM

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## 一、Java虚拟机整体架构祥图 ##

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## 二、Java代码执行过程详图 ##

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## 三、汇编语言、机器语言、高级语言关系 ##

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## 四、JVM的架构模型 ##

Java的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

两种架构的区别：

**基于栈式架构：**

1、优点

*  设计和实现简单，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
 *  指令流中大部分都是零地址指令，其执行过程依赖操作栈，指令集更小，编译器容易实现
    
     *  8位字节码，所以说指令集更小，但是完成一项操作花费的指令相对多。
 *  不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台

2、缺点

*  性能下降，实现同样的功能需要更多的指令，毕竟还要入栈出栈等操作

**基于寄存器架构：**

1、优点

*  性能优秀，执行更高效
 *  花费更少的指令去完成一项操作

2、缺点

*  指令集架构完全依赖硬件，可移植性差

3、典型应用是X86的二进制指令集，比如传统的PC以及安卓的Davlik虚拟机（16位字节码）

大部分情况下，指令集往往以一地址指令，二地址指令和三地址指令为主。

**为什么说栈式花费的指令多？**

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我们可以通过javap命令反编译一个文件，查看其计算流程：

> javap 查看字节码
> 
>  *  \-v输出附加信息
>  *  \-l输出行号和本地变量表
>  *  \-p显示所有类和成员
>  *  \-c对代码进行反汇编

## 五、JVM的生命周期 ##

### （一）虚拟机的启动 ###

通过引导类加载器bootstrap class loader创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

### （二）虚拟机的执行 ###

执行一个所谓的Java程序的时候，真正执行的是一个叫Java虚拟机的进程

### （三）虚拟机的退出 ###

*  程序正常执行结束
 *  执行过程遇到异常或错误而异常终止
 *  操作系统错误导致Java虚拟机进程终止
 *  Runtime类或System类的exit方法、runtime类的halt方法，并且Java安全管理器允许这次exit或halt操作
    
     *  halt停止、停下、阻止
     *  exit方法源码：static native void halt0（int status）
 *  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虚拟机退出的情况

## 六、JVM发展历程 ##

### （一）sun Classic VM ###

*  世界第一款商用Java虚拟机
 *  JDK1.4时被淘汰
 *  只提供了解释器
 *  如果使用JIT编译器，就需要外挂，但是JIT和解释器不能配合工作

### （二）Exact VM ###

*  为了解决上一个虚拟机问题，JDK1.2时，sun提供了此虚拟机
 *  Exact Memory Management：准确式内存管理
    
     *  虚拟机知道内存中某个位置的数据是什么类型
 *  具有现代高性能虚拟机的雏形
    
     *  热点探测
     *  编译器与解释器混合工作模式
 *  只在Solaris平台短暂使用，其他平台还是Classic vm
    
     *  英雄气短，被hotspot虚拟机替换

### （三）hotspot虚拟机 ###

*  最初由Longview Technologies的小公司设计，1997年被sun公司收购，2009年sun公司被甲骨文收购
 *  JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机
 *  绝对市场地位，称霸武林
    
     *  JDK6,8等均默认
 *  HotSpot就是他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，在优化响应时间和最佳执行性能中取得平

### （四）JRockit ###

*  BEA公司
 *  专注服务器端应用
    
     *  不太关注程序启动速度，引起JRockit内部不包括解析器实现，全部代码靠即时编译器编译后执行
 *  世界上最快的JVM
 *  全面的Java运行时解决方案组合
    
     *  JRockit Real Time提供毫秒或微秒级的JVM响应时间，适合财务、军事指挥，电信网络的需要
     *  MissionControl服务套件，极低的开销，来监控、管理和分析生成环境中的应用程序的工具
 *  2008年BEA被oracle收购
 *  JDK8中，在HOTSPOT的基础上，移植JRockit的优秀特性

### （五）IBM J9 ###

*  全称：IBM Technology for java Virtual Machine 简称IT4J，内部代号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
 *  广泛应用于IBM的各种Java产品
    
     *  IBM产品结合使用性能最好
 *  有影响力的三大商用虚拟机之一
 *  2017开源，OPEN J9

### （六） Azul VM ###

*  与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机
 *  运行于Azul Systems公司的专有硬件Vega系统上的虚拟机
 *  每个实例可以管理至少数十个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器，专有硬件优化的线程调度等优秀特性
 *  2010年，发布自己的Zing JVM，可以在通用X86平台上提供接近于vega系统的特性

### （七）Liquid VM ###

*  BEA公司开发的，运行在自家Hypervisor系统上
 *  不需要操作系统支持，本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等
 *  随着JRockit虚拟机终止开发，Liquid VM项目也停止了

### （八）Apache Harmony ###

*  JDK1.5,1.6兼容
 *  IBM和Intel联合开发的开源JVM，2011年退役
 *  Java类库代码吸纳进了Android SDK

### （九）TaobaoJVM ###

*  基于OpenJDK开发了自己的定制版本AlibabaJDK
 *  深度定制且开源的高性能服务器版JAVA虚拟机
 *  GCIH：GC invisible heap，将生命周期较长的Java对象从heap中已到heap之外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率
 *  GCIH中的对象还能够在多个JAVA虚拟机进程中实现共享
 *  使用crc32指令实现JVM intrinsic降低JNI的调用开销
 *  针对大数据场景的ZenGC
 *  在阿里产品上性能高，硬件严重依赖intel的CPU，损失了兼容性，但是提高了性能
 *  淘宝、天猫上线，把oracle官方JVM版本全部替换

### （十）Dalvik VM ###

*  谷歌开发，应用于Android系统，安卓2.2提供了JIT，发展迅猛
 *  只能称作虚拟机，不能称作Java虚拟机，没有遵循Java虚拟机规范
 *  不能直接执行Java的Class文件
 *  基于寄存器架构，不是jvm的栈架构
 *  执行的是编译后的dex文件，执行效率比较高
 *  安卓5.0使用支持提前编译AOT的ART VM替换Dalvik VM

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