JVM的原理和應用

本篇內容主要講解“JVM的原理和應用”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“JVM的原理和應用”吧!

 簡介

Java是一門可以跨平臺的語言，但是Java本身是不可以實現跨平臺的，需要JVM實現跨平臺。javac編譯好后的class文件，在Windows、Linux、Mac等系統上，只要該系統安裝對應的Java虛擬機，class文件都可以運行。達到  ”一次編譯，到處運行” 的效果。

什么是JVM

JVM是可以運行在Java代碼的虛擬的計算機，既然是虛擬的計算機，當然也包含自己的CPU、字節碼指令集、寄存器、棧、垃圾回收、堆和存儲方法域，我們可以理解成JVM自己就是一套操作系統。

Java從編譯到執行

Virtual Machine是物理機器的軟件實現。Java是用在VM上運行的WORA(Write Once Run  Anywhere)概念而開發的。編譯器將Java文件編譯為Java  .class文件，然后將.class文件輸入到JVM中，JVM會加載并執行類文件，如下圖所示：

1. 編譯

對于Java代碼來說，是對于一個java類的編譯，利用java編譯器(javac.exe)將源碼編譯成能夠被JVM的類加載器加載的.class文件(字節碼)，字節碼不是機器碼，是一個中間代碼，與平臺無關。java編譯一個類的時候，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然后引用，如果java編譯器在指定的目錄下找不到該類所依賴的類的  .class文件或者 .java源文件，就會報 "Cant found sysbol"的異常錯誤。

編譯后的字節碼文件格式主要分為兩部分：常量池和方法字節碼。

• 常量池記錄的是代碼出現過的(常量、類名、成員變量等)以及符號引用(類引用、方法引用，成員變量引用等);

• 方法字節碼中放的是各個方法的字節碼。

2. 執行

java類執行的過程大概分為兩個步驟：

類的加載

類的執行

需要說明的一點的是：JVM主要在程序第一次運行時主動使用類的時候，才會立即去加載。換言之，JVM并不是在運行時就會把所有使用到的類都加載到內存中，而是用到，不得不加載的時候，才加載進來，而且只加載一次。

從跨平臺的語言到跨語言的平臺

目前有一百多種語言可以跑在Java虛擬機上....

1、Java是跨平臺的語言

意思是說程序員寫代碼的時候只需要寫一次代碼，javac編譯也只編譯一次，但是可以在windows上運行，也可以把打好的包放到linux或者macos上運行。

2、jvm是跨語言的平臺

任何語言只要使用提供的編譯器編譯相應的語言，通過jvm就可以運行了

2、jvm與Java無關

任何語言只要你能編譯成class就可以編譯在JVM上

JVM

JVM是一種規范(1)虛擬機是一種抽象的計算機，通過從實際的計算機中仿真模擬各種計算機功能來實現的。JAVA虛擬機規范是一種對JAVA虛擬機實現的規范要求，是由oracle制定的，而我們平時常說的JAVA虛擬機一般是指的一種具體的JAVA虛擬機規范的實現。比如我們最經常使用的JAVA虛擬機hotspot，其實JAVA虛擬機還有很多種實現，甚至如果你對JAVA虛擬機規范有了深入的了解而且對此有興趣的話，可以寫一個自己的JAVA虛擬機，當然這其中的難度不難想象。Java虛擬機有自己完善的硬體架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應的指令系統。JVM屏蔽了與具體操作系統平臺相關的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼(字節碼)，就可以在多種平臺上不加修改地運行。

(2)JVM是Java程序運行的環境,同時是一個操作系統的一個應用程序進程,因此它有自己的生命周期,也有己的代碼和數據空間。

(3)JVM體系主要是兩個JVM的內部體系結構分為三個子系統和兩大組件，分別是：類裝載(ClassLoader)子系統、執行引擎子系統和GC子系統  組件是內存運行數據區域和本地接口。

常見的JVM實現

一、Hotspot

HotSpot VM，它是Sun  JDK和OpenJDK中所帶的虛擬機，也是目前使用范圍最廣的Java虛擬機。但不一定所有人都知道的是，這個目前看起來“血統純正”的虛擬機在最初并非由Sun公司開發，而是由一家名為“Longview  Technologies”的小公司設計的;甚至這個虛擬機最初并非是為Java語言而開發的，它來源于Strongtalk  VM，而這款虛擬機中相當多的技術又是來源于一款支持Self語言實現“達到C語言50%以上的執行效率”的目標而設計的虛擬機，  Sun公司注意到了這款虛擬機在JIT編譯上有許多優秀的理念和實際效果，在1997年收購了Longview Technologies公司，從而獲得了HotSpot  VM。

HotSpot  VM既繼承了Sun之前兩款商用虛擬機的優點(如前面提到的準確式內存管理)，也有許多自己新的技術優勢，如它名稱中的HotSpot指的就是它的熱點代碼探測技術(其實兩個VM基本上是同時期的獨立產品，HotSpot還稍早一些，HotSpot一開始就是準確式GC，而Exact  VM之中也有與HotSpot幾乎一樣的熱點探測。為了Exact VM和HotSpot  VM哪個成為Sun主要支持的VM產品，在Sun公司內部還有過爭論，HotSpot打敗Exact并不能算技術上的勝利)， HotSpot  VM的熱點代碼探測能力可以通過執行計數器找出最具有編譯價值的代碼，然后通知JIT編譯器以方法為單位進行編譯。如果一個方法被頻繁調用，或方法中有效循環次數很多，將會分別觸發標準編譯和OSR(棧上替換)編譯動作。通過編譯器與解釋器恰當地協同工作，可以在最優化的程序響應時間與最佳執行性能中取得平衡，而且無須等待本地代碼輸出才能執行程序，即時編譯的時間壓力也相對減小，這樣有助于引入更多的代碼優化技術，輸出質量更高的本地代碼。

在2006年的JavaOne大會上，Sun公司宣布最終會把Java開源，并在隨后的一年，陸續將JDK的各個部分(其中當然也包括了HotSpot  VM)在GPL協議下公開了源碼，并在此基礎上建立了OpenJDK。這樣，HotSpot VM便成為了Sun  JDK和OpenJDK兩個實現極度接近的JDK項目的共同虛擬機。

在2008年和2009年，Oracle公司分別收購了BEA公司和Sun公司，這樣Oracle就同時擁有了兩款優秀的Java虛擬機：JRockit  VM和HotSpot VM。Oracle公司宣布在不久的將來(大約應在發布JDK  8的時候)會完成這兩款虛擬機的整合工作，使之優勢互補，所以我們現在使用的虛擬機應該就是整合之后的虛擬機。整合的方式大致上是在HotSpot的基礎上，移植JRockit的優秀特性，譬如使用JRockit的垃圾回收器與MissionControl服務，使用HotSpot的JIT編譯器與混合的運行時系統。

查看JVM，我們只需要使用 java-version就可以查看了

二、Jrockit

jrockit前身是BA jrockit，后被oracle收購，并免費發布，但并不開源。

jrockit可以看做是兼容標準的JDK基礎上的JVM，同原有的JVM相比，jrockit聲稱在速度上有顯著的提高(甚至超過70%)，jrockit在速度上的優勢使其應用在時間敏感的領域內，如軍事，電信，控制等，這也得益于其針對不同處理器架構所做的優化，曾經號稱是世界上最快的JVM

三、J9

J9 是一個IBM推出的Java虛擬機和類庫，J9在IBM的從移動設備到企業解決方案中廣泛的被使用

四、Microsoft VM

來自于微軟的JVM

五、TaobaoVM

hotspot深度定制版，除了在性能優化方面下足了功夫，TaobaoVM還在HotSpot的基礎之上大幅度擴充了一些特定的增強實現。比如創新的GCIH(GC  invisible  heap)技術實現off-heap，這樣一來就可以將生命周期較長的Java對象從heap中移至heap之外，并且GC不能管理GCIH內部的Java對象，這樣做最大的好處就是降低了GC的回收平率以及提升了GC的回收效率，并且GCIH中的對象還能夠在多個Java虛擬機進程中實現共享。其他擴充技術還有利用PMU  hardware的Java profiling tool和診斷協助功能等。

據說淘寶里面大概有十個人能夠手寫TaobaoVM，都是P9 P10級別的

六、LiquidVM

直接針對于硬件

七、azul zing

最新垃圾回收的業界標桿，性能極高，但是這個是收費的，并且只有土豪才用的起。

官網：www.azul.com

JDK JRE JVM

JVM ： 英文名稱(Java Virtual Machine)，就是我們耳熟能詳的 Java  虛擬機。它只認識 xxx.class 這種類型的文件，它能夠將 class 文件中的字節碼指令進行識別并調用操作系統向上的 API 完成動作。所以說，jvm 是  Java 能夠跨平臺的核心，具體的下文會詳細說明。

JRE ： 英文名稱(Java Runtime Environment)，我們叫它：Java 運行時環境。它主要包含兩個部分，jvm 的標準實現和  Java 的一些基本類庫。它相對于 jvm 來說，多出來的是一部分的 Java 類庫。

JDK ： 英文名稱(Java Development Kit)，Java 開發工具包。jdk 是整個 Java 開發的核心，它集成了 jre  和一些好用的小工具。例如：javac.exe，java.exe，jar.exe 等。

顯然，這三者的關系是：一層層的嵌套關系。JDK>JRE>JVM

為什么我們的電腦在裝完 jdk 后會有兩個版本的 jre?

沒有聯系。甚至準確的來說，它倆是一樣的，無論是用哪一個都是可以的。只是很多人習慣將會單獨安裝另一個  jre，雖然單獨安裝的 jre 也并沒有被使用，原因可能就是剛開始大家都不清楚 jdk 和 jre 之間的關系，所以就默認的都安裝上了。

到此，相信大家對“JVM的原理和應用”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！