【JVM】初识JVM

一、JVM的种类：
在IOS和Android兴起之前，Java也广泛应用于各种手机平台和嵌入式平台；在IOS和Android兴起之后，Java在手机领域和嵌入式领域的应用受到了很大的挑战。

JVM的种类如下：

• KVM:SUN发布，IOS Android之前，广泛应用于手机系统；
• CDC/CLDC HotSpot：手机、电子书、PAD等设备上建立统一的Java编程接口；是J2ME的重要组成部分。
• JRockit VM:BEA的一款产品，后面详细介绍一下
• IBM J9 VM：IBM内部使用，通常用来运行IBM内部的一些程序

• Apache Harmony:这款虚拟机的特点是开源的，兼容于JDK1.5和JDK1.6的Java程序运行平台。由于Apache和Oracle的关系恶劣，退出了JCP，Java社区的分裂。OpenJDK出现后，开源受到了巨大的挑战，所以这款虚拟机在2011年之后就没有再更新，基本处于停滞状态。这款虚拟机没有大规模的商用经历，但对Android的发展具有积极的推动作用。

  重点介绍一下JRockit VM和HotSpot.就目前来讲，最重要的虚拟机是HotSpot,HotSpot是LongView Technologies开发，后来被SUN收购。到2006年Java开源，建立了OpenJDK,所以HotSpot成为SUN JDK和OpenJDK中所带的虚拟机。
  除了HotSpot之外，还有一款很重要的虚拟机，就是JRockit VM，JRockit VM是BEA的一款产品，在2008年Oracle收购了BEA，得到了JRockit VM.2010年Oracle收购了SUN，得到了HotSpot，Oracle宣布在JDK8时整合JRockit VM和HotSpot，优势互补，在HotSpot的基础上，移植JRockit VM的优秀特性。

二、JVM的基本结构：
Java虚拟机会有一个类加载的系统ClassLoader，把Class文件装载到虚拟机（内存）中去。装载到内存中，内存是分区域的，有方法区、Java堆、Java栈、本地方法栈（本地方法栈其实就是native方法的调用）.除此之外，在虚拟机运行的时候会跟一般的CPU一样，需要有一个指针来指向下一条指令的地址，这个就是PC寄存器。执行引擎是用来执行虚拟机的代码，就是Class的类的字节码。另外，虚拟机运行的时候还有一个非常重要的模块，就是GC垃圾收集。

• PC寄存器：每一个线程拥有一个PC寄存器（就是线程起来的时候会分配一个PC寄存器）PC寄存器总会指向下一条指令的地址（这样程序在执行的过程中就知道下一步需要做什么）。在执行本地方法的时候，PC寄存器的值是未定义的（undefined)
• 方法区：方法区是用来保存类的源信息的（也就是保存一些Class的信息），用来描述这个类，包括类的字段、方法信息、方法字节码、类型常量池。但这也不是绝对的，在JDK6中字符串（String）的常量信息还是放到方法区中的，到JDK7的时候已经移到了堆里面。从这个角度来说，方法区也好堆信息也好，到底保存什么信息是跟虚拟机的版本有关的，不是绝对的。但一般来讲，我们会理解方法去就是保存一些类的源信息，对类进行描述。方法区通常会和永久区（Perm）关联在一起，永久区保存一些相对静止、相对稳定的数据，但永久区并不是说它的数据永久不能回收，永久定死的，这个是不一定的。
• Java堆：Java堆是程序开发过程中最为密切的一个内存区间了，永久区主要还是由Java虚拟机维护的，跟程序开发关系不是特别密切，而我们所有在程序中通过new操作出来的对象基本上都保存在Java堆中。Java堆是全局共享的，所有线程都共享Java堆，也就是你分配了一个对象之后，所有的线程都是能够访问的。Java堆的结构和GC算法是有关系的，不同的GC方式就需要一个不同的堆，就目前来讲，分代的GC是使用最为普遍的，用分代GC自然也就需要一个分代的堆。
• Java栈：Java的堆是全局共享的，Java栈是线程私有的。栈是由一系列的帧组成，所以Java栈也叫帧栈。栈是一个先进后出的数据结构，在这个数据结构中放的是什么内容呢？就是放的帧。而帧里面保存的是什么内容呢？帧里面放的是一个方法调用保存的局部变量，操作数的栈，指向常量池的指针。每一次方法调用都会创建一个新的帧，并且把这个帧压到栈里面去。
• 栈、堆、方法区的交互：类的实例以及对象本身保存到堆中，而对象的引用保存到栈中；类信息的描述包括类方法的实际字节码是不在堆当中的，保存在方法区中；栈会指向堆，堆的一些信息会去方法区存储和读取。

三、Java的内存模型
每一个线程都有一个工作内存和主存（主存就是大家共享的内存空间，可以理解为堆空间，就是所有的线程都共享，里面可以存储数据。但是考虑到效率的问题，每个线程都有一个工作内存）.工作内存和主存之间是需要有一个同步关系的，很多变量（原始的变量）在主存中有一份，线程的工作内存中会有一份变量的拷贝.工作内存和主存之间可以做一些同步，就是通过assign、read、load、use、store、write这些操作去做。

当数据从主存复制到工作内存的时候，首先由主存发起一个read的操作，然后紧接着由工作内存执行一个load的操作；当数据从工作内存复制到主存的时候，首先由工作内存发起一个store的操作，然后紧接着由主存执行一个write的操作。

volatile:

• 如果一个线程中想要修改一个变量之后不想让另一个线程立即可见，就需要用到volatile标识符
• private volatile boolean stop = false; 如果使用这个标识符，需要在声明变量的时候声明为volatile
• 一般会认为volatile的性能比锁好一点（不是绝对的，肯定是比重量级的锁性能要好）

跟内存模型相关的几个概念：

可见性：一个线程修改了某个变量，其他线程立刻就可以知道
保证可见性的方法：

 - volatile
 - synchronized(做线程间的同步，在解锁（unlock）之前，写变量值回主存。同步之后，所有线程直接就会变成顺序执行)
 - final(被定义成常量的一些变量，这些常量在初始化完成之后，其他线程就可见了)

有序性：在一个线程中，所有的指令、所有的操作都是有序执行的。在线程之外，在多线程的情况下观察，操作都是无序的（产生无序的可能性有两种：指令重排或主存和工作内存之间数据同步的延时）

字节码运行的两种方式：

• 解释运行：读一句执行一句
• 编译执行（JIT）：是运行过程中执行字节码的时候编译成机器码，然后直接执行机器码。这个编译是在运行时编译，而不是静态时编译。编译后的性能会有数量级的提升。
  保守估计，解释运行和编译运行，性能会差10倍以上