JVM(1)：JVM与Java体系结构

虚拟机

所谓虚拟机，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。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。

• 系统虚拟机：visual box、VMware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操作系统的软件平台。
• 程序虚拟机：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、优秀的垃圾回收器，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。

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。

特点：一次编译，到处运行；自动内存管理；自动垃圾回收功能。

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。

java代码执行流程

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
• 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，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。

由于跨平台性的设计，java指令都是根据栈来设计的。

jvm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(initialclass)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。

虚拟机的退出

有以下几种情况：

1.程序正常执行结束

2.程序执行过程中遇到可异常或错误而异常终止。

3.由于操作系统中出现错误而导致java虚拟机进程终止

4.某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或者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.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。

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时完全被淘汰。

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 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，其他平台上还是classicvm

英雄气短，终被Hotspot虚拟机替换

SUN公司的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公司被甲骨文收购

JDK1.3时，HotSpotVM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

BEA的JRockit

IBM的J9

KVM和CDC/CLDC HotSpot

Azul VM和BEA Liquid VM

Apache Harmony

Microsoft JVM

TaobaoJVM

Dalvik VM

Graal VM