JVM介绍 - 技术栈

1.虚拟机的概念：

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。
- 大名鼎鼎的Visual Box，Mware就属于系统虚拟机，它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。
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

2.什么是Java虚拟机（面试）:

JVM就是Java虚拟机（ Java Virtual Machine），Java虚拟机就是JVM,后面你的笔记都统一写成JVM

1.JVM本质就是一个运行在计算机上的程序，其职责是执行Java字节码文件，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JVM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JVM，因为所有的Java程序都运行在JVM内部。
4.JVM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

3.JVM参考书目：

4.举例说一下认识的JVM（面试）：

5.查看当前JDK中使用的虚拟机类型：

1.查看我的虚拟机类型：这里的HotSpot是指的Oracle JDK版
2.HotSpot的发展历程：
3.重点再介绍下HotSpot：

6.为何学JVM:

1.面试的需要（BATJ、TMD，PKQ等面试都爱问）
2.中高级程序员必备技能
- 项目管理、调优的需求
3.追求极客的精神:
- 比如：垃圾回收算法、JIT、底层原理

7.JVM特点：

1.一次编译，到处运行
2.自动内存管理
3.自动垃圾回收功能:
- 自动垃圾回收机制大大提高了java的性能
- 垃圾收集机制为我们打理了很多繁琐的工作，大大提高了开发的效率，但是，垃圾收集也不是万能的，懂得JVM内部的内存结构、工作机制，是设计高扩展性应用和诊断运行时问题的基础，也是Java工程师进阶的必备能力

8.JVM位置：

1.JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互
2.Java的体系结构

9.JVM 的功能(重要)：

9.1.功能1：解释和运行

1.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。
2.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。
3.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。

9.2.功能2：内存管理

1.自动为对象、方法等分配内存
2.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。

9.3.功能3：即时编译：

a.什么是即时编译：

1.即时编译就是： 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
2.在JDK1.1的版本中就推出了即时编译去优化对应的性能,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
3.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

b.对Java性能低的主要原因和跨平台特性说明：

1.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
2.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
3.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
4.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

10.JVM的整体架构（面试）：

10.1.整体架构概述：

1.HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一，它采用解释器与即时编译器并存的架构，Java程序的运行性能已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步；HotSpot VM的整体结构如下图：
2.在众多的线程中，方法区和堆是多个线程共享的，对于java栈，本地方法栈，程序计数器是每个线程独享的
3.执行引擎包括：解释器、JIT及时编译器，和垃圾回收器

10.2.内存结构详细图：

class文件(字节码文件)生成之后，后面的操作就需要jvm来负责了，首先通过类加载子系统将字节码文件进行加载，然后对应到内存中，生成Class的对象，然后在方法区中对一些静态变量进行初始化等操作，然后再到执行引擎中执行具体的字节码指令，在逐步执行指令的时候，会使用虚拟机栈、程序计数器、堆、本地方法栈等

1.注意：方法区只有HotSpot虚拟机有，J9，JRockit都没有
2.如果自己想手写一个Java虚拟机的话，主要考虑哪些结构呢？
- 类加载器
- 执行引擎

10.3.各个组成部分的介绍：

类加载子系统：核心组件类加载器，负责将字节码文件中的内容加载到内存中。
运行时数据区：JVM管理的内存，创建出来的对象、类的信息等等内容都会放在这块区域中。
执行引擎：包含了即时编译器、解释器、垃圾回收器，执行引擎使用解释器将字节码指令解释成机器码，使用即时编译器优化性能，使用垃圾回收器回收不再使用的对象。
本地接口：调用本地使用C/C++编译好的方法，本地方法在Java中声明时，都会带上native关键字，如下图所示

11.JVM的生命周期(面试)

11.1.虚拟机的启动:

1.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

11.2.虚拟机的执行

1.一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序
2.程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止
3.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

11.3.虚拟机的退出:

1.程序正常执行结束
2.程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
3.由于操作系统用现错误而导致Java虚拟机进程终止
4.某线程调用Runtime类或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。
5.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。