JVM系列--初始JVM

根据《黑马程序员JVM虚拟机入门到实战全套视频教程》整理

1 什么是JVM

JVM 全称是 Java Virtual Machine,中文译名 Java虚拟机。JVM 本质上是一个运行在计算机上的程序,他的职责是运行Java字节码文件。

Java源代码执行流程如下:

分为三个步骤:

1、编写Java源代码文件。

2、使用Java编译器(javac命令)将源代码编译成Java字节码文件。

3、使用Java虚拟机加载并运行Java字节码文件,此时会启动一个新的进程。

2 JVM的功能

1 解释和运行

对字节码文件中的指令,实时的解释成机器码,让计算机执行。

字节码文件中包含了字节码指令,计算器无法直接执行,Java虚拟机会将字节码文件中的字节码指令实时地解释成机器码,机器码是计算机可以运行的指令。

2 内存管理

  • 自动为对象、方法等分配内存
  • 自动的垃圾回收机制,回收不再使用的对象
    Java虚拟机会帮助程序员为对象分配内存,同时将不用的对象使用垃圾回收器回收掉,这是对比C和C++这些语言的一个优势。在C/C++语言中,对象的回收需要程序员手动去编写代码完成,如果遗漏了这段删除对象的代码,这个对象就会永远占用内存空间,不会再回收。所以JVM的这个功能降低了程序员编写代码的难度。

3 即时编译

对热点代码进行优化,提升执行效率。即时编译可以说是提升Java程序性能最核心的手段。

Java性能低的主要原因和跨平台特性

Java语言如果不做任何的优化,性能其实是不如C和C++语言的。主要原因是:

在程序运行过程中,Java虚拟机需要将字节码指令实时地解释成计算机能识别的机器码,这个过程在运行时可能会反复地执行,所以效率较低。

C和C++语言在执行过程中,只需要将源代码编译成可执行文件,就包含了计算机能识别的机器码,无需在运行过程中再实时地解释,所以性能较高。

Java为什么要选择一条执行效率比较低的方式呢?主要是为了实现跨平台的特性。Java的字节码指令,如果希望在不同平台(操作系统+硬件架构),比如在windows或者linux上运行。可以使用同一份字节码指令,交给windows和linux上的Java虚拟机进行解释,这样就可以获得不同平台上的机器码了。这样就实现了Write Once,Run Anywhere 编写一次,到处运行 的目标。但是C/C++语言,如果要让程序在不同平台上运行,就需要将一份源代码在不同平台上分别进行编译,相对来说比较麻烦。
即时编译

虚拟机在运行过程中如果发现某一个方法甚至是循环是热点代码(被非常高频调用),即时编译器会优化这段代码并将优化后的机器码保存在内存中,如果第二次再去执行这段代码。Java虚拟机会将机器码从内存中取出来直接进行调用。这样节省了一次解释的步骤,同时执行的是优化后的代码,效率较高。

Java通过即时编译器获得了接近C/C++语言的性能,在某些特定的场景下甚至可以实现超越。

3 常见的JVM

1 Java虚拟机规范

  • 《Java虚拟机规范》由Oracle制定,内容主要包含了Java虚拟机在设计和实现时需要遵守的规范,主要包含class字节码文件的定义、类和接口的加载和初始化、指令集等内容。
  • 《Java虚拟机规范》是对虚拟机设计的要求,而不是对Java设计的要求,也就是说虚拟机可以运行在其他的语言比如Groovy、Scala生成的class字节码文件之上。
  • 官网地址:https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

2 Java虚拟机规范

3 HotSpot的发展历程
初出茅庐 - 1999年4月

源自1997年收购的SmallTalk语言的虚拟机,HotSpot虚拟机初次在JDK中使用。在JDK1.2中作为附加功能存在,

JDK1.3之后作为默认的虚拟机。

野蛮生长 - 2006年12月

JDK 6发布,并在虚拟机层面做了大量的优化,这些优化对后续虚拟机的发展产生了深远的影响。

稳步前进 - 2009-2013

JDK7中首次推出了G1垃圾收集器。收购了Sun公司之后,吸纳了JRockIt虚拟机的一些设计思想,JDK8中引入了JMC等工具,去除了永久代。

百家争鸣 - 2018-2019

JDK11优化了G1垃圾收集器的性能,同时推出了ZGC新一代的垃圾回收器,JDK12推出Shenan-doah垃圾回收器。

拥抱云原生 - 2019-至今

以Hotspot为基础的GraalVM虚拟机诞生,不仅让解决了单体应用中多语言整合的难题,同时也提升了这些语言运行时的效率。极高的性能、极快的启动速度也更适用于当下的云原生架构。

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