一文让你“一夜封神“深入理解JVM一一简介和体系结构

一文让你“一夜封神“深入理解JVM一一简介和体系结构 前言

虚拟机拥有语言无关性，只要符合有效的字节码文件，就能被虚拟机所识别并装载运行。字节码文件可以来自许多地方，例如kotlin,scala等。

注：本系列知识基于HotSpot JVM

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

➢通过编译器与解释疑协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡

虚拟机和Java虚拟机区别 虚拟机

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。

虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。

• 大名鼎鼎的Visual Box，Mware就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整 *** 作系统的软件平台。
• 程序虚拟机的典型代表就是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Java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。

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 *** 作数，怎么处理 *** 作数，处理结果放在哪里。

优点：

• 一次编译，到处运行
• 自动内存管理
• 自动垃圾回收功能

JVM位置

计算机硬件上的第一层软件就是 *** 作系统了，而jvm是基于 *** 作系统之上的，它并没有与硬件有直接的交互。 其次，用户可通过Java编译器编译生成字节码文件，让字节码文件在jvm上执行。

Java体系结构

• JDK

JDK(Java SE Development Kit)，Java标准开发包：它提供了编译、运行Java程序所需的各种工具和资源，包括Java编译器、Java运行时环境，以及常用的Java类库等。

• JRE

JRE( Java Runtime Environment) 、Java运行环境：用于解释执行Java的字节码文件。普通用户而只需要安装 JRE（Java Runtime Environment）来运行 Java 程序。而程序开发者必须安装JDK来编译、调试程序。

• JVM

JVM(Java Virtual Mechinal)，Java虚拟机：是JRE的一部分。它是整个java实现跨平台的最核心的部分，负责解释执行字节码文件，是可运行java字节码文件的虚拟计算机。所有平台的上的JVM向编译器提供相同的接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能识别的代码，然后由虚拟机来解释执行。

JVM 整体结构

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:

1. 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 *** 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

1. 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 *** 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方水洋

JVM选择基于栈架构-优点缺点

由于java跨平台的设计，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：跨平台性、指令集小（所有指令的集合）、指令多（基于内存的栈架构，需要多条指令完成一个 *** 作）；执行性比寄存器差
• 寄存器：指令少，执行快，但是设计复杂

JVM生命周期

1. 启动

通过启动类加载器（bootstrap ClassLoader）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.

1. 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

程序开始执行的时候他才运行，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

1. 退出

程序正常执行结束

程序异常或错误而异常终止

*** 作系统错误导致终止

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 *** 作

除此之外，JNI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