一、虚拟机与Java虚拟机

1、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—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。

2、虚拟机

1、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。
2、无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。

3、Java虚拟机

1、Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码也未必由Java语言编译而成。
2、JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器。
3、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。
4、作用：
  • 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。
5、特点：

二、JVM结构

1、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。

Java的体系结构：

2、JVM整体结构

3、Java代码执行流程

Java源文件，经过编译生成字节码文件，字节码文件进行解释执行，运行在操作系统上的JVM中。

4、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：
基于栈式架构的特点：
基于寄存器架构的特点：

基于栈的计算流程：

/*** 计算2+3的值，然后查看一下字节码的反编译后的结果*/
public class Test1 {public static void main(String[] args) {int i = 2;int j = 3;int k = i + j;}
}

# 进入到编译好的文件夹下，找到编译后的class文件，使用下列命令进行反编译
javap -v Test1.class

 public static void main(java.lang.String[]);descriptor: ([Ljava/lang/String;)Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=4, args_size=10: iconst_2 # 常量2入栈1: istore_1 # 保存在索引为1的位置2: iconst_3 # 常量3入栈3: istore_2 # 保存在索引为2的位置4: iload_1 # 加载进去5: iload_26: iadd # 做一个求和操作7: istore_3 # 保存在索引为3的位置8: returnLineNumberTable:line 9: 0line 10: 2line 11: 4line 12: 8LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0       9     0  args   [Ljava/lang/String;2       7     1     i   I4       5     2     j   I8       1     3     k   I

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
总结：
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。

5、JVM的生命周期

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。
2、虚拟机的执行
3、虚拟机的退出有如下的几种情况

三、JVM发展历程

1、Sun Classic VM

2、Exact VM

为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时，sun提供了此虚拟机。
Exact Memory Management：准确式内存管理
具备现代高性能虚拟机的维形
只在solaris平台短暂使用，其他平台上还是classic vm，英雄气短，终被Hotspot虚拟机替换

3、HotSpot VM

HotSpot历史
目前Hotspot占有绝对的市场地位，称霸武林。
从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。
名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术。

4、BEA的JRockit

专注于服务器端应用
  • 它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。
大量的行业基准测试显示，JRockit JVM是世界上最快的JVM。
  • 使用JRockit产品，客户已经体验到了显著的性能提高（一些超过了70%）和硬件成本的减少（达50%）。
优势：全面的Java运行时解决方案组合
2008年，JRockit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。整合的方式是在HotSpot的基础上，移植JRockit的优秀特性。

5、IBM的J9

全称：IBM Technology for Java Virtual Machine，简称IT4J，内部代号：J9
市场定位与HotSpot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM广泛用于IBM的各种Java产品。
目前，有影响力的三大商用虚拟机之一，也号称是世界上最快的Java虚拟机。
2017年左右，IBM发布了开源J9VM，命名为openJ9，交给EClipse基金会管理，也称为Eclipse OpenJ9
OpenJDK -> 是JDK开源了，包括了虚拟机

6、KVM和CDC / CLDC Hotspot

oracle在Java ME产品线上的两款虚拟机为：CDC/CLDC HotSpot Implementation VM KVM（Kilobyte）是CLDC-HI早期产品。
目前移动领域地位尴尬，智能机被Angroid和ioS二分天下。
KVM简单、轻量、高度可移植，面向更低端的设备上还维持自己的一片市场
所有的虚拟机的原则：一次编译，到处运行。

7、Azul VM

前面三大“高性能Java虚拟机”使用在通用硬件平台上这里Azu1VW和BEALiquid VM是与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机
  • 高性能Java虚拟机中的战斗机。
Azul VM是Azu1Systems公司在HotSpot基础上进行大量改进，运行于Azul Systems公司的专有硬件Vega系统上的ava虚拟机。
每个Azu1VM实例都可以管理至少数十个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器、专有硬件优化的线程调度等优秀特性。
2010年，AzulSystems公司开始从硬件转向软件，发布了自己的Zing JVM，可以在通用x86平台上提供接近于Vega系统的特性。

8、Liquid VM

高性能Java虚拟机中的战斗机。
BEA公司开发的，直接运行在自家Hypervisor系统上
Liquid VM即是现在的JRockit VE（Virtual Edition），Liquid VM不需要操作系统的支持，或者说它自己本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等。
随着JRockit虚拟机终止开发，Liquid vM项目也停止了。

9、Apache Marmony

Apache也曾经推出过与JDK1.5和JDK1.6兼容的Java运行平台Apache Harmony。
它是IBM和Intel联合开发的开源JVM，受到同样开源的openJDK的压制，Sun坚决不让Harmony获得JCP认证，最终于2011年退役，IBM转而参与OpenJDK
虽然目前并没有Apache Harmony被大规模商用的案例，但是它的Java类库代码吸纳进了Android SDK。

10、Micorsoft JVM

微软为了在IE3浏览器中支持Java Applets，开发了Microsoft JVM。
只能在window平台下运行。但确是当时Windows下性能最好的Java VM。
1997年，sun以侵犯商标、不正当竞争罪名指控微软成功，赔了sun很多钱。微软windowsXPSP3中抹掉了其VM。现在windows上安装的jdk都是HotSpot。

11、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。
taobao vm应用在阿里产品上性能高，硬件严重依赖inte1的cpu，损失了兼容性，但提高了性能
目前已经在淘宝、天猫上线，把oracle官方JvM版本全部替换了。

12、Dalvik VM

谷歌开发的，应用于Android系统，并在Android2.2中提供了JIT，发展迅猛。
Dalvik VM只能称作虚拟机，而不能称作“Java虚拟机”，它没有遵循 Java虚拟机规范
不能直接执行Java的Class文件
基于寄存器架构，不是jvm的栈架构。
执行的是编译以后的dex（Dalvik Executable）文件。执行效率比较高。
  • 它执行的dex（Dalvik Executable）文件可以通过class文件转化而来，使用Java语法编写应用程序，可以直接使用大部分的Java API等。
Android 5.0使用支持提前编译（Ahead of Time Compilation，AoT）的ART VM替换Dalvik VM。

13、Graal VM

2018年4月，oracle Labs公开了GraalvM，号称 “Run Programs Faster Anywhere”，勃勃野心。与1995年java的”write once，run anywhere"遥相呼应。
GraalVM在HotSpot VM基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台使用。语言包括：Java、Scala、Groovy、Kotlin；C、C++、Javascript、Ruby、Python、R等
支持不同语言中混用对方的接口和对象，支持这些语言使用已经编写好的本地库文件
工作原理是将这些语言的源代码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示。Graal VM提供Truffle工具集快速构建面向一种新语言的解释器。在运行时还能进行即时编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率。
如果说HotSpot有一天真的被取代，Graalvm希望最大。但是Java的软件生态没有丝毫变化。

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