参考
尚硅谷:宋红康(b站视频)
一、虚拟机概念
1.1 虚拟机的基本概念
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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。
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大名鼎鼎的Virtual Box,VMware就属于系统虚拟机,提供了一个可运行完整操作系统的软件平台,还有一种是直接建立在硬件之上的,如exsi。pve等。
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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。
1.2 Java虚拟机的基本概念
1.2.1 基本概念
- 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,常见的其他语言还有kotlin、Groovy、scala等。
- 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(这使得java其实可以说是"半编译半解释型语言")。
- 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。
1.2.2 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。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。
1.2.3 特点
- 一次编译,到处运行(基于栈的方式)
- 自动内存管理
- 自动垃圾回收功能(有自带GC)
二、JVM的整体结构与位置
2.1 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
2.2 JVM的整体结构
jvm可以将其看成三层理解:最上面的类加载区域、中间的运行时数据区、最下面的执行引擎和一些native库以及本地方法库(之后会详细讲)
简图:
详细图:
三、Java代码执行流程
四、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:
4.1 基于栈的指令集架构
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
4.2 基于寄存器的指令级架构:
- 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,与硬件的耦合度高,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
4.3 案例
eg:对比两个的 2 + 3操作
- 基于栈的操作
- 基于寄存器的计算流程
mov eax,2
add eax,3
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对比
基于栈的操作指令差不多有八个左右
而基于寄存器的指令只有两个 -
选择
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
五、JVM的生命周期
5.1 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指定的。
5.2 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
5.3 虚拟机的退出
程序正常执行结束:
- 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
- 由于操作系统用现错误而导致Java虚拟机进程终止
- 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。
六、不同的JVM
- Sun Classic VM:早在1996年Java1.0版本的时候,Sun公司发布了一款名为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,JDK1.4时完全被淘汰。
- Exact VM:为了解决上一个虚拟机问题,jdk1.2时,Sun提供了此虚拟机
- HotSpot VM:目前Hotspot占有绝对的市场地位,称霸武林
- JRockit(商用三大虚拟机之一):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内部不包含解析器实现,全部代码都靠即时编译器编译后执行。
- IBM的J9(商用三大虚拟机之一):全称:IBM Technology for Java Virtual Machine,简称IT4J,内部代号:J9
- KVM和CDC/CLDC Hotspot:Oracle在Java ME产品线上的两款虚拟机为:CDC/CLDC HotSpot Implementation VM
- Azul VM
- Liquid VM
- Apache Marmony
- Micorsoft JVM
- Taobao JVM
- Dalvik VM
- Graal VM(未来虚拟机)
七、总结
具体JVM的内存结构,其实取决于其实现,不同厂商的JVM,或者同一厂商发布的不同版本,都有可能存在一定差异。主要以Oracle HotSpot VM为默认虚拟机。
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