JVM与Java体系结构

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深入理解Java虚拟机:

https://zzc-sso.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/bolg/JVM/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3Java%E8%99%9A%E6%8B%9F%E6%9C%BA%EF%BC%9AJVM%E9%AB%98%E7%BA%A7%E7%89%B9%E6%80%A7%E4%B8%8E%E6%9C%80%E4%BD%B3%E5%AE%9E%E8%B7%B5%EF%BC%88%E7%AC%AC3%E7%89%88%EF%BC%89%E5%91%A8%E5%BF%97%E6%98%8E.pdf

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字节码

java字节码，指的是用java语言编译成的字节码；

任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的；

不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的JVM上运行；

Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式—Class文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes）和符号表，还有一些其他辅助信息；

Java虚拟机

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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。

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

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Java的体系结构

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JVM整体结构（重点）

  • 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。
  • 在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。

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执行引擎包含三部分：解释器，及时编译器，垃圾回收器

Java代码执行流程

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只是能生成被Java虚拟机所能解释的字节码文件，那么理论上就可以自己设计一套代码了

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。

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方水洋

字节码反编译

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/**
 * @author：zzc
 * @date: 2022/5/15
 */
public class jvmA {

    public static void main(String[] args) {
        int i = 2 + 3;
    }

}

反编译class文件->

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public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: iconst_5
         1: istore_1
         2: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         5: iload_1
         6: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
         9: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 2
        line 12: 9
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      10     0  args   [Ljava/lang/String;
            2       8     1     i   I

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（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

有如下的几种情况：

  • 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。

Taobao JVM

由AliJVM团队发布。阿里，国内使用Java最强大的公司，覆盖云计算、金融、物流、电商等众多领域，需要解决高并发、高可用、分布式的复合问题。有大量的开源产品。

基于openJDK开发了自己的定制版本AlibabaJDK，简称AJDK。是整个阿里Java体系的基石。

基于openJDK Hotspot VM发布的国内第一个优化、深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机。

  • 创新的GCIH（GCinvisible heap）技术实现了off-heap，即将生命周期较长的Java对象从heap中移到heap之外，并且Gc不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升Gc的回收效率的目的。
  • GCIH中的对象还能够在多个Java虚拟机进程中实现共享
  • 使用crc32指令实现JvM intrinsic降低JNI的调用开销
  • PMU hardware的Java profiling tool和诊断协助功能
  • 针对大数据场景的ZenGc