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认识JVM

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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，已经达到了可以和c/c++程序一较高下的地步。

JVM的整体结构

JVN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。

  • 区别:

    • 基于栈式架构的特点：

      1. 设计和实现更加简单，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Andriod的Davlik虚拟机。
      2. 指令集架构则完全依赖硬件，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，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。

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（initail class）来完成的，这个类是由虚拟及的具体实现指定的。

虚拟机的执行

  • 一个运行中的Java虚拟机有一个清晰的任务：执行Java程序；
  • 程序开始执行时它才运行，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

  • 有如下几种情况：
    • 程序正常执行结束
    • 程序在执行过程中遇到了异常或者错误而异常终止
    • 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
    • 某线程调用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来加载或者卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况。

JVM发展历程

Sun Classic VM

  • 早在1996年Java1.0版本的时候，Sun公司发布了一款名叫Sun Classic VM的Java虚拟机，它同时也是世界上第一款商用Java虚拟机,JKD1.4时完全被淘汰。
  • 这款虚拟机内部只提供解释器
    • 虚拟机在解释运行字节吗文件的时候，可以只使用解释器或者JIT（即时编译器）
  • 如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。但是一旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作。
  • 现在hotspot内置了此虚拟机。

Exact VM

  • 为了解决上一个虚拟机问题，在jdk1.2时，sun 提供了此虚拟机
  • Exact Memory Management: 准确式内存管理
    • 也可以叫Non-Conservative/Accurate Memory Management
    • 虚拟机可以知道内存中某个为之的数据具体是什么类型。
  • 具体被现代高性能虚拟机的雏形
    • 热点探测
    • 编译器与解释器混合工作模式
  • 只在Solaris平台短暂使用，其他平台还是classic VM
    • 英雄气短，后被Hotspot虚拟机代替

HotSpot VM

  • 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Oracle收购。
    • JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机。

  • 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

  • 从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。

  • 名称中的HotSpot指的是它的热点代码探测技术。

    • 通过计数器找到最具编译价值的代码，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。

BEA的JRockit

  • 专注于服务器端应用
    • 它可以不太关注程序启动速度，因此JRockit内部不包含解释器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行。
  • 大量的行业基准测试显示，JRockit是世界上最快的JVM.
    • 使用JRockit产品，客户已经体验到了显著的性能提高（一些超过了70%）和硬件成本的减少（达50%）。
  • 优势：全面的Java运行时解决方案组合。
    • JRockit 面向延迟敏感型应用的解决方案 JRockit Real Time 提供以毫秒或微妙级别的 JVM 响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需要。
    • MissionControl 服务套件，它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产环境中的应用程序的工具。
  • 2008年，BEA 被 Oracle 收购。
  • Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK8中完成，整合的方式是在 HotSpot 的基础上，移植 JRockit 的优秀特性。
  • 高斯林：目前就职于谷歌，研究人工智能和水下机器人。

IBM 的 J9

  • 全称：IBM Technology for Java Virtual Machine,简称IT4J，内部代号：J9。
  • 市场定位与 HotSpot 接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途 VM
  • 广泛用于 IBM 的各种 Java 产品。
  • 目前， 有影响力的三大商用虚拟机之一, 也号称是世界上最快的 Java 虚拟机。
  • 2017年左右，IBM 发布了开源 J9 VM，命名为 OpenJ9，交给 Eclipse基金会管理，也称为 Eclipse OpenJ9
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Herschel
作者
Herschel
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