第1章：JVM与Java体系结构
文章目录
- 前言:
- 第1章：JVM与Java体系结构
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- 1 前言
- 2 面向人群及参考书籍
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- 面向人群
- 参考书目
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- 3 Java虚拟机
- 4 Java的整体结构
- 5 JVM的架构模型
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- (1) 基于栈的指令集架构的特点
- (2) 基于寄存器的指令集架构的特点
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- 6 JVM 架构总结
- 7 JVM的生命周期
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- (1) 虚拟机的启动
- (2) 虚拟机的运行
- (3) 虚拟机的退出
- 8 JVM的发展
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- 1.0 (已成历史)Sun Classic VM
- 2.0 (已成历史)Exact VM
- 3.0 Hotspot VM
- 4.0 JRockit(被oracle公司收购)
- 5.0 IBM 的 J9
- 最后需要注意说一个需要注意的虚拟机
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前言:
少年易老学难成，一寸光阴不可轻。未觉池塘春草梦，阶前梧叶已秋声 。—朱熹《劝学诗》
勤奋才是改变你命运的唯一捷径。整理不易,各位看官点赞再看更舒适，养成好习惯(●´∀｀●)
第1章：JVM与Java体系结构
1 前言
我们为什么要学习JVM
(1)作为Java工程师的你曾被Java伤害过吗？
运行着的线上系统突然卡死，系统无法访问，甚至直接0OM!
想解决线上JVM GC问题，但却无从下手。
新项目.上线，对各种JVM参数设置一脸茫然，直接默认吧，然后就JJ了。
每次面试之前都要重新背一遍JVM的一些原理概念性的东西，然而面试官却经常问你在实际项目中如何调优JVM参数，如何解决GC、OOM等问题，一脸懵逼。
And so on!
(2)大部分Java开发人员，除会在项目中使用到与Java平台相关的各种高精尖技术，对于Java核心Java虚拟机了解甚少。
(3)开发人员如何看待上层框架
一些人有一定工作经验的开发人员，打心眼儿里觉得SSM、微服务等上层技术才是重点，基础知识并不重要，这其实是一种“病态”。
如果我们把核心类库的API比做数学公式的话，那么Java虚拟机的知识好比公式的推导过程。
(4)架构师每天都在思考什么？
应该如何让我的系统更快？
如何避免系统出现瓶颈？
(5)而我们每天思考的应该是：应该如何看招聘信息，直通年薪50万+？
参与现有系统的性能优化，重构，保证平台性能和稳定性。
根据业务场景和需求，决定技术方向，做技术选型。
能够独立架构和设计海量数据下高并发分布式解决方案，满足功能和非功能需求
解决各类潜在系统风险，核心功能的架构与代码编写。
分析系统瓶颈，解决各种疑难杂症，性能调优等。
(6)我们为什要学习JVM？
面试的需要(BATJ、TMD、PKQ等面试都爱问)
百度、阿里、腾讯、京东 头条、美团、抖音 拼多多、快手、趣头条
中高级程序员必备技能
项目管理、调优的需要
追求极客的精神
比如：垃圾回收算法、JIT、底层原理
(7) Java vs C++ 垃圾回收机制
垃圾收集机制为我们打理了很多繁琐的工作，大大提高了开发的效率，但是，垃圾收集也不是万能的，懂得JVM内部的内存结构、工作机制，是设计高扩展性应用和诊断运行时问题的基础，也是Java.工程师进阶的必备能力。
2 面向人群及参考书籍
面向人群
拥有一定开发经验的Java平台开发人员
软件设计师、架构师
系统调优人员
有一定的Java编程基础并希望进一步理解Java的程序员
虚拟机爱好者、JVM实践者
参考书目
官网
oracle.com Downloads->Java->Java(JDK) for Developers->Java SE 8 Documentation->点击->Specifications
实体书：
深入理解Java虚拟机(周志明)
实战Java虚拟机
Java虚拟机精讲
码出高效 Java开发手册 easy coding
自己动手写Java虚拟机
TIOBE语言热度排行榜：https://www.tiobe.com/tiobe-index/
3 Java虚拟机
(1)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Java语言编译而成。
(2)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。
(3)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。
(4)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。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。
特点：
一次编译，到处运行
自动内存管理
自动垃圾回收功能
4 Java的整体结构
(1)HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
(2)它采用解释器与即时编译器并存的架构。
(3)在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。
(4)执行引擎包含三部分：解释器，即时编译器，垃圾回收器
5 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，列一种指令集架构则是基于 寄存器的指令集架构。
具体来说，这两种架构之间的区别：
(1) 基于栈的指令集架构的特点
①设计和实现更简单，适用于资源受限的系统
②避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配。
③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。
④不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
(2) 基于寄存器的指令集架构的特点
①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。
②指令集架构则完全依赖于硬件，可移植性差。
③性能优秀和执行更高效。
④花费更少的指令去完成一项操作。
⑤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，而基于栈的指令集架构的指令集却是以零地址指令为主。
(Javap -v ....)
(jps打印当前程序的进程)
6 JVM 架构总结
(1)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，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
(2)时至今日，尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了（准确来说应该是HotSpot VM的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了），那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢？
(3)因为基于栈的架构跨平台性好、指令集小，虽然相对于基于寄存器的架构来说，基于栈的架构编译得到的指令更多，执行性能也不如基于寄存器的架构好，但考虑到其跨平台性与移植性，我们还是选用栈的架构
7 JVM的生命周期
(1) 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制定的。
(2) 虚拟机的运行
①一个运行中的Java虚拟机有着一个清新的任务：执行Java程序。
②程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止。
③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。
(3) 虚拟机的退出
①程序正常执行结束
②程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
③由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
④某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或者Rintime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作。
⑤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。
8 JVM的发展
1.0 (已成历史)Sun Classic VM
世界上第一款商用Java虚拟机，在JDK1.0时发布，在JDK1.4时完全被淘汰
这款虚拟机内部只提供解释器
现在hotspot内置了此虚拟机
2.0 (已成历史)Exact VM
JDK1.2时开始，英雄气短
3.0 Hotspot VM
JDK1.3开始至今
应用于服务器、桌面到移动端、嵌入式
4.0 JRockit(被oracle公司收购)
专注于服务器端
JRockit JVM是目前世界上运行最快的虚拟机
JRockit内部不包括解释器
5.0 IBM 的 J9
市场定位于hotspot接近，服务器端，桌面应用，嵌入式等用途VM
目前世界上最具由影响力的三大商用虚拟机。
And so on!
最后需要注意说一个需要注意的虚拟机
Graal VM
2018年4月，Oracle Labs公开了Graal VM，号称"Run Program Faster AnyWhere",雄心勃勃
又PS：学习线路图