【jvm系列-01】初识虚拟机与java虚拟机

淩亂°似流年 2024-03-25 14:13 165阅读 0赞

JVM系列整体栏目

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   <th align="left">内容</th> 
   <th>链接地址</th> 
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  <tr> 
   <td align="left"><font>【一】初识虚拟机与java虚拟机</font></td> 
   <td><a href="https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129544460" rel="nofollow">https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129544460</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><font>【二】jvm的类加载子系统以及jclasslib的基本使用</font></td> 
   <td><a href="https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129610963" rel="nofollow">https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129610963</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><font>【三】运行时私有区域之虚拟机栈、程序计数器、本地方发栈</font></td> 
   <td><a href="https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129684076" rel="nofollow">https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/129684076</a></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
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#### 初识虚拟机与java虚拟机 ####

*  一，虚拟机与java虚拟机
 *   *  1，虚拟机
     *  2，java虚拟机
     *  3，jvm整体结构图
     *  4，jvm的架构模型
     *  5，jvm的生命周期
     *  6，jvm的种类划分
     *   *  6.1，Sun Classic Vm
         *  6.2，Exact VM
         *  6.3，HotSpot虚拟机
         *  6.4，JRockit虚拟机

## 一，虚拟机与java虚拟机 ##

### 1，虚拟机 ###

所谓虚拟机(Virtual Machine)，就是一台虚拟的计算机。他是一款软件，用来执行一系列虚拟的计算机指令。虚拟机大概可以分为**系统虚拟机**和**程序虚拟机**。

*  Visual Box、VMware就属于系统虚拟机，他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被 称为Java字节码指令。

### 2，java虚拟机 ###

![在这里插入图片描述][28c3b6e5ddee4774b606027f0c699f5b.png]

主要是用来**执行java字节码**的虚拟机计算机，拥有独立的运行机制，其运行的java字节码也不一定只能由java语言编译而成，其他语言只要遵循该虚拟机中的规范，也可以通过解析这些字节码文件来编译。

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，名称为**Java Virtual Machine**，简称JVM。所有的Java程序都运行在Java虚拟机的内部。

**java虚拟机的作用**

java虚拟机就是**二进制字节码**的运行环境，主要负责装载字节码到其内部，解释或者编译为对应平台的机器指令执行，每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细的定义。比如说如何取操作数，怎么处理操作数，把结果放到哪里等。

**Java虚拟机的特点**

*  一次编译，到处运行
 *  自动内存管理
 *  自动垃圾回收机制

### 3，jvm整体结构图 ###

上面说到java虚拟机的简称就是jvm，而这个**HotSpot VM** 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一，它主要是采用即时编译器和解释器保存的架构来实现，其整体的结构图如下：

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aP81TW8U-1678841200349)(img/1677429350694.png)\]][img-aP81TW8U-1678841200349_img_1677429350694.png]

把这幅图从上往下看，可以分为三层：

*  第一层就是最上面这层，就是一些Class files，就是一些二进制的字节码文件，然后需要通过一个Class的类加载器进行一个文件的加载，将这些二进制文件加入到内存当中；
 *  第二层就是运行时数据区，就是通过这个类加载器加载进来的内存区域，里面主要有一些堆栈，方法区，程序计数器等等，并且在改层中，方法区和堆是属于公共区域，是线程共享的，而其他的栈和程序计数器，都是每个线程私有的；
 *  第三层就是这个执行引擎，主要有一些即时编译器，解释器和垃圾回收器。

### 4，jvm的架构模型 ###

Java编译器输入的指令流主要有两种，一种是**基于栈**的指令集架构，另一种是**基于寄存器**的指令集架构。

**基于栈架构的特点**

*  设计和实现更简单，适用于资源受限的系统，比如说嵌入式设备等
 *  避开了寄存器的分配难题，而是直接使用零地址指令方式分配，即不需要分配地址，直接操作值即可
 *  由于大部分执行过程时依赖栈，因此大部分是使用零地址指令，其**指令集更小**，易编译
 *  由于在栈中操作，不依赖硬件，可以直接在内存中操作，其可移植性好，可以更好的实现跨平台操作

**基于寄存器架构的特点**

*  性能更加优秀，执行的效率更高，可以直接在高速缓存区中工作
 *  都是需要依赖于硬件，因此其可移植性差
 *  相对于基于栈操作，寄存器会花费更少的指令去完成一项工作
 *  寄存器架构指令往往是一，二，三地址指令，一级指令的含义就是存在一个地址和一个操作，二级指令就是两个地址和两个操作值，以此类推。

**架构模型总结**

为了解决java的跨平台性问题，**Java指令是根据这个栈指令集来进行设计的**。不同平台的CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。

相对而言，栈指令集的跨平台性会更好，并且其指令集小，但是其指令会更多，其性能相较于这个寄存器会更差。

### 5，jvm的生命周期 ###

jvm的生命周期主要有启动，执行和停止三个部分组成。

**虚拟机的启动**

在java的官方规范中，Java虚拟机的启动是通过引导类的类加载器来创建初始类的，这个类是由虚拟机的具体指定实现的，即不同商家的虚拟机所决定。

**虚拟机的执行**

java虚拟机的主要任务就是执行java程序。在程序开始时java虚拟机就开始运行，程序结束时java虚拟机就停止。在执行一个所谓的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**

程序正常执行结束，或者遇到异常，或者操作系统出现错误这些都会让程序结束，除了这些之外，在调用Runtime或者System系统类的时候也会让这个虚拟机退出。除此之外，在使用JNI加载或者卸载java虚拟机的时候，java虚拟机也会出现退出的情况。

### 6，jvm的种类划分 ###

#### 6.1，Sun Classic Vm ####

在1996java1.0版本的时候，Sun公司发布了一款名为Sun Classic VM的Java虚拟机，他同时也是第一款商用的Java虚拟机，在JDK1.4版本的时候正式被淘汰。

在这款虚拟机中，只提供解释器而没有即时编译器，如果使用这种JIT即时编译器，就需要外挂，但是在使用这个即时编译器的时候，这个解释器就不能工作，从而解释器和这个编译器就不能协同的工作，因此这个款虚拟机被淘汰。

![在这里插入图片描述][449f7aedd8624edeb41311cfa499c5fe.png]

解释器和这个JIT即使编译器都可以认作是一个翻译器，并且在当今流行的HotSpot虚拟机中，这两种方式是一起协同工作的。解释器就是正常用来解释字节指令的机器，而这个即时编译器有着缓存热代码的作用，可以提升工作效率。

这两者最大的区别就是：解释器响应快，但是执行效率较低，就相当于步行，但是可以一直不停；而即时编译器是需要通过编译成机器指令的，因此需要一段时间就行等待，但是一旦编译通过，那么其执行效率就很高，相当于火车。这两种是通过合作的方式共存的，当JIT即使编译器处于这个等待的状态，那么就通过解释器来执行，反之则使用这个JIT即时编译器来执行。

#### 6.2，Exact VM ####

为了解决解释器和即时编译器不能共用的问题，在jdk1.2的时候，Sum提供了这个Exact VM ，准确式内存管理，虚拟机可以知道内存中的某个位置的数据具体是什么类型。但是只在Solaris平台短暂使用，在其他平台还是使用的classic Vm

#### 6.3，HotSpot虚拟机 ####

现在主流的还是该款虚拟机，不管是目前比较火的Oracle JDK还是OpenJdk，HotSpot都是里面的默认的虚拟机。像这个方法区的概念，就是这个虚拟机独有的。

#### 6.4，JRockit虚拟机 ####

主要是注重于服务端的应用，他可以不用关注程序的启动速度，因此JRockit内部不包含解释器，全部代码都靠及时编译器来完成。据研究显示，**该款虚拟机是全世界最快的虚拟机。**

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