jvm与java体系结构

JVM整体结构

  • HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
  • 它采用解释器与即使编译器并存的架构

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java代码执行流程

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JVM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

  • 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：使用零地址指令分配方式
    • 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，编译器容易发现。
    • 不需要硬件的支持，可移植性更好，更好实现跨平台

  • 基于寄存器架构的特点

    • 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，而基于栈式的指令集却以零地址指令为主

  • 由于跨平台的设计，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。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

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
    • 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序
    • 程序开始执行时它才开始运行，程序结束时它就停止
    • 执行一个所谓的Java程序的时候，真正在执行的是一个叫Java虚拟机的进程
  • 虚拟机的退出
    • 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
    • 由于操作系统出现错误而导致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
    • JNI(Java Natice Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或写在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时完全淘汰。
    • 这款虚拟机内部只提供解释器。
    • 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完全配合工作。
    • 现在hotspot内置了此虚拟机。

  • Exact VM

    • 为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时，sun提供了此虚拟机。
    • Exact Memqry 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位置的数据具体是什么类型。
    • 具备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，最终被Hotspot虚拟机替换

  • HotSpot VM

    • 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
    • 不管是现在仍在广泛的使用的JDK6,还是使用比较多的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指的就是它的特点代码探测技术。
      • 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

  • JRockit VM

    • 专注服务器端的应用
      • 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 JVM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升
    • 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

  • 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Eclippse基金会管理，也称为Eclipse OpenJ9
posted @ 2022-06-07 21:20  youmo~  阅读(43)  评论(0)  编辑  收藏  举报