深入JVM内核原理-1.初识JVM

1.JVM的概念

• JVM是Java Virtual Machine的简称。意为Java虚拟机
• 虚拟机

指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统

• 有哪些虚拟机
  • VMWare
  • Virtual box
  • JVM
• VMWare或者Virtual box都是使用软件模拟物理CPU的指令集
• JVM使用软件模拟Java字节码的指令集

2.Java和JVM的历史

• 1996年 SUN JDK 1.0 Classic VM
  • 纯解释运行，使用外挂进行JIT
• 1997年JDK1.1发布
  • AWT、内部类、JDBC、RMI、反射
• 1998年JDK1.2 Solaris Exact VM
  • JIT解释器混合
  • Accurate Memory Management精确内存管理，数据类型敏感
  • 提升GC的性能
  • JDK1.2开始 称为Java2 J2SE J2EE J2ME的出现加入Swing Collections
• 2000年 JDK 1.3 Hotspot 作为默认虚拟机发布
  • 加入JavaSound
• 2002年 JDK 1.4 Classic VM退出历史舞台
  • Assert正则表达式NIO IPV6日志API加密类库
• 2004年发布 JDK1.5即JDK5、J2SE 5、Java 5
  • 泛型
  • 注解
  • 装箱
  • 枚举
  • 可变长的参数
  • Foreach循环
• JDK1.6 JDK6
  • 脚本语言支持
  • JDBC 4.0
  • Java编译器API
• 2011年JDK7发布
  • 延误项目推出到JDK8
  • G1
  • 动态语言增强
  • 64位系统中的压缩指针
  • NIO 2.0
• 2014年JDK8发布
  • Lambda表达式
  • 语法增强 Java类型注解
• 2016年JDK9
  • 模块化

3.Java和JVM的历史 - 大事记

• 使用最为广泛的JVM为HotSpot
• HotSpot为Longview Technologies开发被SUN收购
• 2006年Java开源并建立OpenJDK
  • HotSpot成为Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机
• 2008年Oracle收购BEA
  • 得到JRockit VM
• 2010年Oracle收购Sun
  • 得到HotSpot
• Oracle宣布在JDK8时整合JRockit和HotSpot，优势互补
  • 在HotSpot基础上，移植JRockit优秀特性

4.各式JVM

• KVM
  • SUN发布
  • IOS Android前，广泛用于手机系统
• CDC/CLDC HotSpot
  • 手机、电子书、PDA等设备上建立统一的Java编程接口
  • J2ME的重要组成部分
• JRockit
  • BEA
• IBM J9 VM
  • IBM内部
• Apache Harmony
  • 兼容于JDK1.5和JDK1.6的Java程序运行平台
  • 与Oracle关系恶劣 退出JCP，Java社区分裂
  • OpenJDK出现后，受到挑战2011年退役
  • 没有大规模商用经历
  • 对Android的发展有积极作用

5.规范

• Java语言规范
  • 语法
  • 变量
  • 类型
  • 文法
• JVM规范
  • Class文件类型
  • 运行时数据
  • 帧栈
  • 虚拟机的启动
  • 虚拟机的指令集

6.Java语言规范

• 语法定义
  • IfThenStatement：if(Expression) Statement
  • ArgumentList: Argument ArgumentList,Argument
• 词法结构
  • \u + 4个16进制数字 表示UTF-16
  • 行终结符：CR，or LF，or CR LF.
  • 空白符 空格 tab \t 换页 \f 行终结符
  • 注释
  • 标示符
  • 关键字
• 此法结构
  • Int
    • 0 2 0372 0xDada_Cafe 1996 0x00_FF_00_FF
  • Long
    • 0L 0777L 0x1000000000L 2_147_483_648L 0xC0B0L
  • Float
    • 1e1f 2.f .3f 0f 3.14f 6.022137e+23f
  • Double
    • 1e1 2. .3 0.0 3.14 1e-9d 1e137
  • 运算符
    • += -= *= /= &= |= ^= %= <<= >>= >>>=
• 类型和变量
  • 元类型
    • byte short int long float double boolean char
  • 变量初始值
    • boolean true
    • char \u0000
  • 泛型
• Java内存模型
• 类加载链接的过程
• public static final abstract的定义
• 异常
• 数组的使用
• ......

7.JVM规范

• Java语言规范定义了什么是Java语言
• Java语言和JVM相对独立
  • Groovy
  • Clojure
  • Scala
• JVM主要定义二进制class文件和JVM指令集等
• Class文件格式
• 数字的内部表示和存储
  • Byte -128 to 127
• returnAddress 数据类型定义
  • 指向操作码的指针。不对应Java数据类型，不能在运行时修改。Finally实现需要
• 定义PC
• 堆
• 栈
• 方法区
• 整数的表示
  • 原码：第一位为符号位（0为正数，1为负数）
  • 正数反码：和原码相同
  • 负数反码：符号位不动，原码取反
  • 负数补码：符号位不动，反码加1
  • 正数补码：和原码相同
  • 打印整数的二进制表示

int a = -6;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
    int t = (a & 0x80000000>>>i)>>>(31-i);
    System.out.print(t);
}

• Float的表示与定义
  • 支持IEEE 754
    • s 8个e 23个m
    • e全0 尾数附加位为0 否则尾数附加位为1
    • sm2^(e-127)
• 一些特殊的方法
• VM指令集
  • 类型转化
    • l2i
  • 出栈入栈操作
    • aload
    • astore
  • 运算
    • iadd
    • isub
  • 流程控制
    • ifeq
    • ifne
  • 函数调用
    • invokevirtual
    • invokeinterface
    • invokespecial
    • invokestatic
• JVM需要对Java Library提供以下支持
  • 反射 java.lang.reflect
  • ClassLoader
  • 初始化class和interface
  • 安全相关java.security
  • 多线程
  • 弱引用
• JVM的编译
  • 源码到JVM指令的对应格式
  • Javap
  • JVM反汇编的格式
    • [ [ ...]] []