JVM的整体结构

• 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,另一种指令集架构则是基于寄存器的指令集构集

• 基于栈架构的特点
  • 设计和实现更为简单，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Divlik虚拟机
  • 指令集架构则完全依赖于硬件，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是以一级指令、二级指令和三级指令为主，而基于栈式架构的指令集是以零地址指令为主。

JVM的生命周期

• 启动：Java虚拟机启动通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的
• 运行
  • 一个运行中的Java虚拟机有一个清晰的任务：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，真真正正执行的是一个叫做Java虚拟机的进程
• 退出
  • 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中止
  • 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
  • 除此外JNI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的发展历程

• Sun Classic VM：96年的Java1.0版本的时候发布，世界上第一款商用Java虚拟机，JDK1.4时淘汰

  • 这款虚拟机内部只提供解释器
  • 如果使用JIT编译器，就需要外挂。但使用JIT编译器后，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的问题，jdk1.2时，sun提供了此虚拟机

  • Exact Memory Manage：准确式内存管理

    • 虚拟机可以知道内存中某个位置的具体数据是什么类型

  • 具备现代高性能虚拟机雏形

    • 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classic vm

• Hotspot VM：jdk1.3时，成为默认虚拟机

  • 占有绝对市场地位
  • 不管现在仍广泛使用的JDK6，还是使用比较多的JDK8，默认的虚拟机都是Hotspot
  • Sun/Oracle JDK和OpenJdk的默认虚拟机
  • 服务器、桌面端、移动端、嵌入式都有应用
  • Hotspot即热点代码探测技术
    • 通过计数器找到最具编译价值的代码，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执行性能中取得平衡

• JRockit：专注于服务器端应用

  • 可以不太关注程序启动速度，因此JRockit内部不包含解析器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行
  • 大量行业基准测试显示，JRockit JVM 是世界上最快的JVM
  • 优势：全面的Java运行时解决方案组合
    • JRockit面向延迟敏感型应用的解决方案JRockit Real Time 提供以毫秒或微妙级的JVM响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需求
    • MissionControl服务套件：一组以极低开销来监控、管理和分析生成环境的应用程序工具
  • 2008年，BEA被Oracle收购
  • Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK8中完成。整合方式在Hotspot的基础上，移植JRockit的优秀特性