1、前言

你是否也遇到过这些问题?

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应用程序

大部分java开发人员,除会在项目中使用到与Java平台相关的各种高精尖技术,对于Java技术的核心Java虚拟机了解甚少。

开发人员如何看待上层框架

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计算机系统体系对我们来说越来越远,在不了解底层实现方式的前提下,通过高级语言很容易编写程序代码。但事实上计算机并不认识高级语言。

架构师每天都在思考什么?

知乎上有条帖子:应该如何看招聘信息,直通年薪50万 ?

我们为什么要学习JVM?

垃圾收集机制为我们打理了很多繁琐的工作,大大提高了开发的效率,但是,垃圾收集也不是万能的,懂得JVM内部的内存结构、工作机制,是设计高扩展性应用和诊断运行时问题的基础,也是Java工程师进阶的必备能力。

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Java VS C

2、参考书目

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3、Java及JVM简介3.1 Java生态圈

Java是目前应用最为广泛的软件开发平台之一。随着Java以及Java社区的不断壮大,

Java也早已不再是简简单单的一门计算机语言了,它更是一个平台、一种文化、一个社区。

Groovy、Scala、JRuby、Kotlin等都是Java平台的一部分

第三方开源软件和框架。如Tomcat、Struts,MyBatis,Spring等。

就连JDK和JVM自身也有不少开源的实现,如openJDK、Harmony。

3.2 跨平台的语言

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3.3JVM:跨语言的平台

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JVM跨语言的平台

Java不是最强大的语言,但是JVM是最强大的虚拟机。

3.4 字节码

• 我们平时说的java字节码,指的是用java语言编译成的字节码。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语言并没有必然的联系,它只与特定的二进制文件格式一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。

3.5多语言混合编程

Java平台上的多语言混合编程正成为主流,通过特定领域的语言去解决特定领域的问题是当前软件开发应对日趋复杂的项目需求的一个方向。

试想一下,在一个项目之中,并行处理用Clojure语言编写,展示层使用JRuby/Rails,中间层则是Java,每个应用层都将使用不同的编程语言来完成,而且,接口对每一层的开发者都是透明的,各种语言之间的交互不存在任何困难,就像使用自己语言的原生API一样方便,因为它们最终都运行在一个虚拟机之上。

对这些运行于Java虚拟机之上、Java之外的语言,来自系统级的、底层的支持正在迅速增强,以JSR-292为核心的一系列项目和功能改进(如DaVinci Machine 项目、Nashorn引擎、InvokDynamic指令、java .lang .invoke包等),推动Java虚拟机从“Java语言的虚拟机”向“多语言虚拟机”的方向发展

3.6如何真正搞懂JVM

Java虚拟机非常复杂,要想真正理解它的工作原理,最后自己动手编写一个!

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4、Java发展的重大事件

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在JDK11之前,OracleJDK还会存在一些OpenJDK中没有的、闭源的功能。但在JDK11中,我们可以认为OpenJDK和OracleJDK代码实质上已经完全一致的程度。

5.虚拟机与Java虚拟机5.1虚拟机
  1. 大名鼎鼎的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。
  2. 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。
5.2 Java虚拟机

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。

  1. 一次编译,到处运行
  2. 自动内存管理
  3. 自动垃圾回收功能
5.3JVM的位置

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JVM是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接交互。

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JVM的整体结构

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Java代码的执行流程

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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。

具体来说:这两种架构之间的区别:

  1. 设计和实现更简单,适用于资源受限的系统;
  2. 避开了寄存器的分配难题:使用零地址指令方式分配。
  3. 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。
  4. 不需要硬件支持,可移植性更好,更好实现跨平台
  1. 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。
  2. 指令集架构则完全依赖硬件,可移植性差
  3. 性能优秀和执行更高效;
  4. 花费更少的指令去完成一项操作。
  5. 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。

同样执行2 3这种逻辑 ,其指令分别如下:

基于栈的计算流程(以Java虚拟机为例):

iconst_2 //常量2入 istore_1 iconst_3 //常量3入栈 istore_2 iload_1 iload_2 iadd //常量2、3出,执行相加 istore_0 //结果5入

而基于寄存器的计算流程:

mov eax,2 //将eax寄存器的值设为2 add eax,3 //使eax寄存器的值加3

Public int calc(){ Int a = 100; Int b = 200; Int c = 300; Return (a b)*c; }

public int calc(); Code: Stack=2, Locals=4, Args_size=1 bipush 100 istore_1 sipush 200 istore_2 Sipush 300 istore_3 iload_1 iload_2 Iadd iload_3 Imul Ireturn }

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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。

JVM的生命周期9.1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。

9.2虚拟机的执行9.3虚拟机的退出

有如下的几种情况:

  1. 程序正常执行结束
  2. 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
  3. 由于操作系统出现错误而导致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. 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。
10.JVM的发展历程,