JVM解毒之JVM与Java体系结构

JVM解毒之JVM与Java体系结构

作者：Java识堂 2020-04-15 21:43:22

云计算

虚拟化 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。

创新互联服务项目包括疏勒网站建设、疏勒网站制作、疏勒网页制作以及疏勒网络营销策划等。多年来，我们专注于互联网行业，利用自身积累的技术优势、行业经验、深度合作伙伴关系等，向广大中小型企业、政府机构等提供互联网行业的解决方案，疏勒网站推广取得了明显的社会效益与经济效益。目前，我们服务的客户以成都为中心已经辐射到疏勒省份的部分城市，未来相信会继续扩大服务区域并继续获得客户的支持与信任！

你是否也遇到过这些问题?

  • 运行线上系统突然卡死，系统无法访问，甚至直接OOM
  • 想解决线上JVM GC问题，但却无从下手
  • 新项目上线，对各种JVM参数设置一脸懵逼，直接默认，然后就JJ了
  • 每次面试都要重新背一遍JVM的一些原理概念性东西

这段广告语写的好，趁着在家办公学习下JVM，先列出整体知识点：

Java开发都知道JVM是Java虚拟机，上学时还用过的VM也叫虚拟机，先比较一波。

虚拟机与Java虚拟机

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。

  • Visaual 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

JVM 是什么

JVM 是 Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

Java虚拟机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，到处运次(跨平台)
  • 自动内存管理
  • 自动垃圾回收功能

字节码

我们平时所说的java字节码，指的是用java语言编写的字节码，准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的，所以应该统称为jvm字节码。

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)和符号集，还有一些其他辅助信息。

Java代码执行过程

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。

JDK(Java Development Kit) 是 Java 语言的软件开发工具包(SDK)。JDK 物理存在，是 Java Language、Tools、JRE 和 JVM 的一个集合。

JVM整体结构

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。

两种架构之间的区别：

  • 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;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。

分析基于栈式架构的JVM代码执行过程

进入class文件所在目录，执行javap -v xx.class反解析(或者通过IDEA插件Jclasslib直接查看)，可以看到当前类对应的code区(汇编指令)、本地变量表、异常表和代码行偏移量映射表、常量池等信息。

以上图中的 1+2 为例说明:

  
 
 
 
       
  
  
  
  1. Classfile /Users/starfish/workspace/myCode/starfish-learning/starfish-learn/target/classes/priv/starfish/jvm/JVM1.class 
    2.    
  
  
  
  2.   Last modified 2020-2-7; size 487 bytes 
    3.    
  
  
  
  3.   MD5 checksum 1a9653128b55585b2745270d13b17aaf 
    4.    
  
  
  
  4.   Compiled from "JVM1.java" 
    5.    
  
  
  
  5. public class priv.starfish.jvm.JVM1 
    6.    
  
  
  
  6.   SourceFile: "JVM1.java" 
    7.    
  
  
  
  7.   minor version: 0 
    8.    
  
  
  
  8.   major version: 52 
    9.    
  
  
  
  9.   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER 
    10.    
  
  
  
  10. Constant pool: 
    11.    
  
  
  
  11.    #1 = Methodref          #3.#22         //  java/lang/Object."":()V 
    12.    
  
  
  
  12.    #2 = Class              #23            //  priv/starfish/jvm/JVM1 
    13.    
  
  
  
  13.    #3 = Class              #24            //  java/lang/Object 
    14.    
  
  
  
  14.    #4 = Utf8                
    15.    
  
  
  
  15.    #5 = Utf8               ()V 
    16.    
  
  
  
  16.    #6 = Utf8               Code 
    17.    
  
  
  
  17.    #7 = Utf8               LineNumberTable 
    18.    
  
  
  
  18.    #8 = Utf8               LocalVariableTable 
    19.    
  
  
  
  19.    #9 = Utf8               this 
    20.    
  
  
  
  20.   #10 = Utf8               Lpriv/starfish/jvm/JVM1; 
    21.    
  
  
  
  21.   #11 = Utf8               main 
    22.    
  
  
  
  22.   #12 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V 
    23.    
  
  
  
  23.   #13 = Utf8               args 
    24.    
  
  
  
  24.   #14 = Utf8               [Ljava/lang/String; 
    25.    
  
  
  
  25.   #15 = Utf8               i 
    26.    
  
  
  
  26.   #16 = Utf8               I 
    27.    
  
  
  
  27.   #17 = Utf8               j 
    28.    
  
  
  
  28.   #18 = Utf8               k 
    29.    
  
  
  
  29.   #19 = Utf8               MethodParameters 
    30.    
  
  
  
  30.   #20 = Utf8               SourceFile 
    31.    
  
  
  
  31.   #21 = Utf8               JVM1.java 
    32.    
  
  
  
  32.   #22 = NameAndType        #4:#5          //  "":()V 
    33.    
  
  
  
  33.   #23 = Utf8               priv/starfish/jvm/JVM1 
    34.    
  
  
  
  34.   #24 = Utf8               java/lang/Object 
    35.    
  
  
  
  35. { 
    36.    
  
  
  
  36.   public priv.starfish.jvm.JVM1(); 
    37.    
  
  
  
  37.     flags: ACC_PUBLIC 
    38.    
  
  
  
  38.     Code: 
    39.    
  
  
  
  39.       stack=1, locals=1, args_size=1 
    40.    
  
  
  
  40.          0: aload_0        
    41.    
  
  
  
  41.          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V 
    42.    
  
  
  
  42.          4: return         
    43.    
  
  
  
  43.       LineNumberTable: 
    44.    
  
  
  
  44.         line 3: 0 
    45.    
  
  
  
  45.       LocalVariableTable: 
    46.    
  
  
  
  46.         Start  Length  Slot  Name   Signature 
    47.    
  
  
  
  47.                0       5     0  this   Lpriv/starfish/jvm/JVM1; 
    48.    
  
  
  
  48.  
    49.    
  
  
  
  49.   public static void main(java.lang.String[]); 
    50.    
  
  
  
  50.     flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 
    51.    
  
  
  
  51.     Code: 
    52.    
  
  
  
  52.       stack=2, locals=4, args_size=1 
    53.    
  
  
  
  53.          0: iconst_1      //冒号前的数字表示程序计数器的数，常量1入栈 
    54.    
  
  
  
  54.          1: istore_1      //保存到1的操作数栈中,这里的1表示操作数栈的索引位置 
    55.    
  
  
  
  55.          2: iconst_2       
    56.    
  
  
  
  56.          3: istore_2       
    57.    
  
  
  
  57.          4: iload_1       //加载 
    58.    
  
  
  
  58.          5: iload_2        
    59.    
  
  
  
  59.          6: iadd          //常量出栈，求和 
    60.    
  
  
  
  60.          7: istore_3      //存储到索引为3的操作数栈 
    61.    
  
  
  
  61.          8: return         
    62.    
  
  
  
  62.       LineNumberTable: 
    63.    
  
  
  
  63.         line 6: 0 
    64.    
  
  
  
  64.         line 7: 2 
    65.    
  
  
  
  65.         line 8: 4 
    66.    
  
  
  
  66.         line 9: 8 
    67.    
  
  
  
  67.       LocalVariableTable: 
    68.    
  
  
  
  68.         Start  Length  Slot  Name   Signature 
    69.    
  
  
  
  69.                0       9     0  args   [Ljava/lang/String; 
    70.    
  
  
  
  70.                2       7     1     i   I 
    71.    
  
  
  
  71.                4       5     2     j   I 
    72.    
  
  
  
  72.                8       1     3     k   I 
    73.    
  
  
  
  73.       MethodParameters: length = 0x5 
    74.    
  
  
  
  74.        01 00 0D 00 00  
    75.    
  
  
  
  75. } 
    76.

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
  • 程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止
  • 执行一个所谓的Java程序的时候，真正执行的是一个叫做Java虚拟机的进程
  • 你在同一台机器上运行三个程序，就会有三个运行中的Java虚拟机。 Java虚拟机总是开始于一个main()方法，这个方法必须是公有、返回void、只接受一个字符串数组。在程序执行时，你必须给Java虚拟机指明这个包含main()方法的类名。

虚拟机的退出

有以下几种情况：

  • 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
  • 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

Java和JVM规范

Java Language and Virtual Machine Specifications

JVM发展历程

JDK 版本升级不仅仅体现在语言和功能特性上，还包括了其编译和执行的 Java 虚拟机的升级。

  • 1990年，在Sun计算机公司中，由Patrick Naughton、MikeSheridan及James Gosling领导的小组Green Team，开发出的新的程序语言，命名为Oak，后期命名为Java
  • 1995年，Sun正式发布Java和HotJava产品，Java首次公开亮相
  • 1996 年，JDK 1.0 发布时，提供了纯解释执行的 Java 虚拟机实现：Sun Classic VM。
  • 1997 年，JDK 1.1 发布时，虚拟机没有做变更，依然使用 Sun Classic VM 作为默认的虚拟机
  • 1998 年，JDK 1.2 发布时，提供了运行在 Solaris 平台的 Exact VM 虚拟机，但此时还是用 Sun Classic VM 作为默认的 Java 虚拟机，同时发布了JSP/Servlet、EJB规范，以及将Java分成J2EE、J2SE、J2ME
  • 2000 年，JDK1.3 发布，默认的 Java 虚拟机由 Sun Classic VM 改为 Sun HotSopt VM，而 Sun Classic VM 则作为备用虚拟机
  • 2002 年，JDK 1.4 发布，Sun Classic VM 退出商用虚拟机舞台，直接使用 Sun HotSpot VM 作为默认虚拟机一直到现在
  • 2003年，Java平台的Scala正式发布，同年Groovy也加入了Java阵营
  • 2004年，JDK1.5发布，同时JDK1.5改名为JDK5.0
  • 2006年，JDK6发布，同年，Java开源并建立了OpenJDK。顺理成章，Hotspot虚拟机也成为了OpenJDK默认虚拟机
  • 2008年，Oracle收购BEA，得到了JRockit虚拟机
  • 2010年，Oracle收购了Sun，获得Java商标和HotSpot虚拟机
  • 2011年，JDK7发布，在JDK1.7u4中，正式启用了新的垃圾回收器G1
  • 2014年，JDK8发布，用元空间MetaSpace取代了PermGen
  • 2017年，JDK9发布，将G1设置为默认GC，替代CMS

Sun Classic VM

  • 世界上第一款商用 Java 虚拟机。1996年随着Java1.0的发布而发布，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

  • 它的执行系统已经具备了现代高性能虚拟机的雏形：如热点探测、两级即时编译器、编译器与解析器混合工作模式等;
  • 使用准确式内存管理：虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型;
  • 在商业应用上只存在了很短暂的时间就被更优秀的 HotSpot VM 所取代

Sun HotSpot VM

  • 它是 Sun JDK 和 OpenJDK 中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的 Java 虚拟机;
  • 继承了 Sun 之前两款商用虚拟机的优点(如准确式内存管理)，也使用了许多自己新的技术优势，如热点代码探测技术(通过执行计数器找出最具有编译价值的代码，然后通知 JIT 编译器以方法为单位进行编译;
  • Oracle 公司分别收购了 BEA 和 Sun，并在 JDK8 的时候，整合了 JRokit VM 和 HotSpot VM，如使用了 JRokit 的垃圾回收器与 MissionControl 服务，使用了 HotSpot 的 JIT 编译器与混合的运行时系统。

BEA JRockit VM

  • 专注于服务器端应用，内部不包含解析器实现;
  • 号称是世界上最快的JVM

IBM J9 VM

  • 全称：IBM Technology for Java Virtual Machine，简称IT4J，内部代号：J9
  • 市场定位于HotSpot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM
  • 目前是有影响力的三大商用虚拟机之一

虚拟机有很多，此外还有Azul VM、Liquid VM、Apache Harmony、TaobaoJVM、Graal VM等

网页标题：JVM解毒之JVM与Java体系结构
文章链接：http://www.csdahua.cn/qtweb/news38/232988.html

网站建设、网络推广公司-快上网，是专注品牌与效果的网站制作，网络营销seo公司；服务项目有等

广告

声明：本网站发布的内容（图片、视频和文字）以用户投稿、用户转载内容为主，如果涉及侵权请尽快告知，我们将会在第一时间删除。文章观点不代表本网站立场，如需处理请联系客服。电话：028-86922220；邮箱：631063699@qq.com。内容未经允许不得转载，或转载时需注明来源： 快上网

成都快上网为您推荐相关内容

App设计知识

分类信息网

成发金汇　　 　成都工装公司　　 　成都定制网页设计　　 　德阳服务器托管　　 　成都花箱　　 　成都400电话办理　　 　自动门　　 　成都工商注册代办　　 　高端品牌网站建设　　 　成都包装设计公司　　 　水泥基自流平　　 　做网站的公司　　 　电信机房托管　　 　成都资质代办　　 　高端网站建设　　 　公路钻孔机　　 　APP定制　　 　营山月子会所　　 　成都托管服务器　　 　简阳做网站