【JVM】JVM与Java体系结构
一,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。
二,虚拟机与Java虚拟机
1,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。
- 大名鼎鼎的Visual Box, VMware就属于系统虚拟机,他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。
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。
2,Java虚拟机
2.1,介绍
- 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语句编译而成。
- JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性,优秀的垃圾回收器,以及可靠的及时编译器。
- 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。
2.2,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。
2.3,特点
- 一次编译,到处运行
- 自动内存管理
- 自动垃圾回收功能
2.4,位置
三,JVM整体结构
四,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)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(没有地址只有操作数)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。
2)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的虚拟机;
- 指令集架构则完全依赖硬件,可移植性差;
- 性能优秀,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指令为主。
我们用代码来举例,如下代码:
package com.drhj;/*** Author: DRHJ* Date: 2022/10/16 19:07*/
public class StackStruTest {public static void main(String[] args) {int i = 2;int j = 3;int k = i + j;}
}
我们进行运行
会得到Class文件
我们进行反编译
得到main方法的字节码
iconst_2 : 定义常量2
istore_1 :保存到局部变量表索引为1的位置
iload_1 : 加载索引为1位置的操作
iadd :进行相加操作
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。
时至今日,尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了(准确来说应该是HotSpotVM的宿主环境已经不局限与嵌入式平台了),那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢?
五,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,这个类是由虚拟机具体实现指定的。
2,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。
package com.drhj;/*** Author: DRHJ* Date: 2022/10/16 19:07*/
public class StackStruTest {public static void main(String[] args) {int i = 2;int j = 3;int k = i + j;try {Thread.sleep(6000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("hello");}
}
我们上述代码,在打印出hello前,在终端输入jps,如下
睡眠6s的目的就是为了能够及时看到进程,此时程序在执行“StackStruTest”的进程;
当打印出hello后,程序结束,进程结束
3,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
- 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
- 某线程调用Runtime类或者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
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