《JVM学习笔记》第一章 JVM与Java体系结构

JVM与Java体系结构

字节码

• java字节码，指的是用java语言编译成的字节码。准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为:jvm字节码。

• 不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的JVM上运行。

• Java虚拟机与Java 语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式—class文件格式所关联，class 文件中包含了Java 虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes）和符号表，还有一些其他辅助信息。

虚拟机

• 所谓虚拟机(Virtual Machine)，就是一台虚拟的计算机它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。
  • 系统虚拟机 ： visual Box,VMware，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台。
  • 程序虚拟机： 典型代表就是Java虚拟机，它专门为执行单个计算机程序而设计，在Java虚拟机中执行的指令我们称为Java字节码指令。
• 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

• Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码也未必由ava语言编译而成。
• JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器。
• Java技术的核心就是Java虚拟机(JVM,Java virtual Machine),因为所有的Java程序都运行在Java虚拟机内部。
• 作用
  • Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。
• 特点
  • 一次编译，到处运行
  • 自动内存管理
  • 自动垃圾回收功能

JVM的位置

JVM的整体结构

• HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
• 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
• 在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，己经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。

Java代码执行流程

JVM的架构模型

• Java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。
• 这两种架构之间的区别:
  • ·基于栈式架构的特点
    • 设计和实现更简单，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，编译器容易实现。
    • 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
  • ·基于寄存器架构的特点
    • 典型的应用是x86的二进制指令集：比如传统的Pc以及Android的Davlik虚
      拟机。
    • 指令集架构则完全依赖硬件，可移植性差
    • 性能优秀和执行更高效：
    • 花费更少的指令去完成一项操作。
    • 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，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。
• 总结
  • **由于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。**不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。优点是跨平台，指令集小，指令多，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

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(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。
• 虚拟机的执行
  • 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务:执行Java程序。
  • 程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止。
  • 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

  • 某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作。

  • 除此之外，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虚拟机的退出情况。

  • 除此之外，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虚拟机的退出情况。