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第一章_JVM和java体系结构
1.java和JVM简介
1.1Java
Java是一门跨平台的语言
Java 语言的特点包括：
- 跨平台性：Java 程序可以在不同操作系统上运行，只需安装对应平台的 Java 虚拟机（JVM）即可。
- 面向对象：Java 是一种纯粹的面向对象编程语言，支持封装、继承、多态等面向对象特性。
- 健壮性：Java 在设计时考虑了许多安全检查，如内存管理、异常处理等，以确保程序的稳定性和可靠性。
- 安全性：Java 提供了安全管理机制，可以防止恶意代码对系统造成危害。
- 高性能：Java 通过即时编译等技术提高了执行效率，适用于需要高性能的应用场景。
1.2JVM
JVM 是 Java 程序的运行环境，它负责将 Java 字节码翻译成特定平台的机器码并执行。
JVM 还提供了垃圾回收、内存管理等功能，帮助开发者更轻松地管理程序的执行。
2.Java文件编译过程
- 程序员编写的.java文件
- 由javac编译成字节码文件.class：（为什么编译成class文件，因为JVM只认识.class文件）
- 在由JVM编译成电脑认识的文件（0101010101） （对于电脑系统来说 文件代表一切）
3.JVM整体结构
- 类加载器子系统（Class Loader Subsystem） ：
- 类加载器负责加载类文件到内存中，并生成对应的 Class 对象。类加载器按照特定的规则从不同的位置加载类文件，如文件系统、网络等。
- 类加载器通常包括启动类加载器（Bootstrap Class Loader）、扩展类加载器（Extension Class Loader）和应用程序类加载器（Application Class Loader）等层次。
- 运行时数据区（Runtime Data Area） ：
- 方法区（Method Area）：存储类的元信息、静态变量、常量池等数据。
- 堆（Heap）：存储对象实例以及数组。
- 栈（Stack）：存储局部变量、操作数栈、方法返回地址等。
- 程序计数器（Program Counter Register）：记录当前线程执行的字节码指令地址。
- 本地方法栈（Native Method Stack）：为执行本地方法服务。
- 执行引擎（Execution Engine） ：
- 解释器（Interpreter）：逐行解释字节码并执行对应的本地机器指令。
- 即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）：将热点代码（频繁执行的代码段）编译成本地机器码，提高执行效率。
- 本地方法接口（Native Interface） ：
- 提供了与底层 C/C++ 等语言交互的能力，允许 Java 调用本地方法。
- 本地方法库（Native Method Libraries） ：
- 包含了一些与平台相关的本地库和方法，用于支持 JVM 的底层操作。
4.JVM生命周期
虚拟机的启动
通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类来完成，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。
虚拟机的执行
- 一个运行中的java虚拟机有这一个清晰地任务，执行java程序
- 程序开始执行时他才运行，程序结束时它就停止
- 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
虚拟机的退出程序正常执行结束
- 程序在执行过程中遇到了异常会错误而终止
- 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Systen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规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，jaca虚拟机的退出情况
5.JVM发展进程
Sun Classic VM
- 世界上第一款商用java虚拟机
- 虚拟机内部只提供解释器
- 现在的hotspot内置了此虚拟机
Exact VM
- 可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型
- 具备现代高性能虚拟机的雏形：热点探测+编译器和解释器混合工作模式
HotSpot VM
- JDK1.3时，成为默认虚拟机
- 在服务器端，桌面到移动端，嵌入式都有应用
- Hotspot指的就是热点代码探测技术
JRockit
- 专注于服务器端应用
- 内部不包含解析器实现
- 是世界上最快的JVM
J9
- 有影响力的三大商用虚拟机之一
- 服务器端，桌面应用，嵌入式等多用途VM
Azul VM
- 无停顿垃圾回收
- 与特定硬件平台绑定，软硬件配合的专有虚拟机
- 可预测性
- 适用于大内存应用
Liquid VM
Taoban JVM
6.JDK发展路程
- JDK 1.0（1996年）：最初版本的 Java 开发工具包中包含了最基本的 JVM，实现了 Java 语言的基本功能。
- JDK 1.2（1998年）：引入了 Just-In-Time 编译器（JIT），提高了 Java 程序的性能。
- JDK 1.3（2000年）：增加了 Java HotSpot 虚拟机，引入了即时编译器技术，进一步提升了性能。
- JDK 1.4（2002年）：引入了新的垃圾回收器（包括并行回收器和分代回收器），改善了内存管理和回收效率。
- JDK 5.0（2004年）：引入了泛型、枚举、自动装箱拆箱等新特性，对虚拟机也做了优化和改进。
- JDK 6（2006年）：增加了 G1 垃圾回收器，改进了性能和可靠性。
- JDK 7（2011年）：引入了新的垃圾回收器（G1 GC）、InvokeDynamic 指令等功能，提高了性能和灵活性。
- JDK 8（2014年）：引入了 Lambda 表达式、Stream API 等新特性，同时对虚拟机进行了性能优化。
- JDK 9（2017年）：引入了模块化系统（Jigsaw）、改进了垃圾回收器、优化了性能等。
- JDK 10、11、12、13、14、15、16、17、18：每个版本都带来了新的特性、改进和优化，如局部变量类型推断、ZGC 垃圾回收器、Shenandoah 垃圾回收器等。