JVM--第一章，JVM与java体系结构

JVM系列-第1章-JVM与Java体系结构 | Youth的时光录

大部分Java开发人员，除了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技术的核心Java虚拟机了解甚少。

1. 一些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，基础技术并不重要，这其实是一种本末倒置的“病态”。
2. 如果我们把核心类库的API比做数学公式的话，那么Java虚拟机的知识就好比公式的推导过程。

Java-跨平台的语言 

1. 我们平时说的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。

2. 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。

3. 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。

JVM的位置

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

JVM的整体结构 

方法区和堆共享一个内存，栈，本地方法栈，程序计数器每个线程独有一个

执行引擎，充当翻译高级语言的作用 

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。具体来说：这两种架构之间的区别：

基于栈式架构的特点：

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

基于寄存器架构的特点：

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硬件，与硬件的耦合度高，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，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主

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。栈的优点：跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能比寄存器差一些。
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？

• 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

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

1. 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：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

虚拟机的退出

有如下的几种情况：

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. 由于操作系统用现错误而导致Java虚拟机进程终止
4. 某线程调用Runtime类或System类的exit()方法，或Runtime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。

HotSpot VM（重点）

1. HotSpot历史
   • 最初由一家名为“Longview Technologies”的小公司设计
   • 1997年，此公司被Sun收购；2009年，Sun公司被甲骨文收购。
   • JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机
2. 目前Hotspot占有绝对的市场地位，称霸武林。
   • 不管是现在仍在广泛使用的JDK6，还是使用比例较多的JDK8中，默认的虚拟机都是HotSpot
   • Sun/oracle JDK和openJDK的默认虚拟机
   • 因此本课程中默认介绍的虚拟机都是HotSpot，相关机制也主要是指HotSpot的GC机制。（比如其他两个商用虚机都没有方法区的概念）
3. 从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。
4. 名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术。
   • 通过计数器找到最具编译价值代码，触发即时编译或栈上替换
   • 通过编译器与解释器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡