JVM与Java体系结构

• 一、Java及JVM虚拟机的简介：
  • Java生态圈：
    • 一个平台：Java虚拟机扮演着举足轻重的作用
    • 一种文化：Java几乎成为了“开源”的代名词
    • 一个社区：Java拥有全时间最多的技术拥护者和开源社区
  • Java是跨平台的语言
    • 字节码文件可以跨平台，不同的系统有不同的JVM
  • JVM跨语言的平台
    • JVM虚拟机的起始是字节码文件。

      

    • 不同的语言使用自己的编译器，编译出符合JVM规范的字节码文件，就可以在JVM上面运行。
    • 随着Java7的出现，开发者通过JSR-292规范实现了，在JVM上运行非Java语言编写的字节码文件
  • Java不是最强的语言，JVM是最强大的Java虚拟机
• 二、Java在发展当中的重大事件
  • 2000年，JDK1.3发布，Java Hotspot Virtual Machine正式发布，成为Java的默认虚拟机
  • 2003年，Java平台的Scala正式发布，同年Groovy也加入了Java阵营
  • 2004年，JDK1.5发布，同时改名为JavaSE5.0（这是Java的里程碑式的发展，后面版本的新特性都是在5.0版本上发展的）
• 三、虚拟机与Java虚拟机
  • 虚拟机：
    • 系统虚拟机
      • 完全对物理虚拟机的仿真（Visual Box、VMware），提供一个可运行完整操作系统的软件平台
    • 程序虚拟机
      • 专门为执行单个计算机程序而设计的（Java虚拟机）
      • 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
    • 执行Java字节码的虚拟计算机，拥有独立的运行机制，运行的Java字节码文件未必是用Java语言编写的
    • JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、垃圾回收机制、可靠的即是编译器
    • Java技术的核心就是Java虚拟机
    • 作用
      • Java虚拟机就是二进制字节码文件的运行环境
    • 特点
      • 一次编译到处运行
      • 自动的内存管理
      • 自动垃圾回收机制
  • JVM的位置

    • 

• 四、JVM的整体结构
  • 需要熟练的掌握，可以画出图片

    

    • 多线程共享方法区和堆区
    • 每个线程有独一份的Java栈（虚拟机栈）、本地方法栈、程序计数器
• 五、JVM的架构模型
  • 栈的指令集架构
    • 特点
      • 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，但是指令多，操作系统更容易实现
      • 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
  • 寄存器的指令集架构
    • 特点
      • 典型的指令是二进制的X86的二进制指令集：比如传统的PC以及Android的Davlike虚拟机
      • 指令集架构则完全依赖于硬件，可移植性差
      • 性能优秀和执行更高效
      • 花费更少的指令完成一项操作
      • 在大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令，二地址指令和三地址指令为主。而基于栈架构的指令集则是以零地址指令为主。
      • 指令少
  • 问：为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢？
    • 基于栈架构的指令集架构更容易实现；在非资源受限的平台也可以使用，没有必要更换。
• 六、JVM的生命周期
  • 虚拟机的启动
    • Java虚拟机的启动是通过引导类加载器创建一个初始类完成的。这个类是由虚拟机的具体实现指定的
  • 虚拟机的运行
    • 一个运行中的Java虚拟机有一个清晰的任务：执行Java程序
    • 程序开始运行时它才执行，程序结束时它就停止
    • 执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做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虚拟机终止
    • 某线程调用了Runtime类或者System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许了这次exit方法或halt方法
    • JNI规范描述了使用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况
• 七、JVM发展历程
  • Sun classic VM
    • 世界上第一款商用的Java虚拟机，在JDK1.4之后被淘汰
    • 虚拟机的内部只提供了解释器
    • 如果使用JIT编译器，就需要外挂编译器，解释器与JIT编译器不能协同工作，只能一个工作
      • 如果过使用JIT程序就会将所有的字节码文件转化为机器指令，程序暂停一端时间
  • Exact VM
    • 可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型
    • 热点探测（高频出现的代码）
    • 编译器与解释器混合工作模式
  • Hotspot VM
    • JDK1.3是成为默认的虚拟机
    • 三大商用虚拟机之一
    • Hotspot名字指的就是热点代码探测
    • 通过计数器找到最具编译价值的代码，触发即是编译或栈上替换
    • 通过编译器与解释器协同工作，在最优的程序响应时间与最佳执行性能中找到平衡
  • JRockit
    • 三大商用虚拟机之一
    • 世界上最快的虚拟机
    • 专注于服务器端：不在乎服务的启动速度，因此不包含解释器，全部代码全靠即是编译器执行
    • 优势：全面的Java运行时解决方案组合
  • J9
    • 三大商用虚拟机之一
    • 也号称是最快的虚拟机(在IBM自己的产品中，运行在自己开发的其他产品中)
  • Azul 和 BEA Liquid
    • 与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机
    • 高性能虚拟机中的战斗机