第1章-JVM和Java体系架构

虚拟机

虚拟机概念

• 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Virtual Box，VMware就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机硬件的仿真(模拟)，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中。

Java虚拟机

1. 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语言编译而成。
2. JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器。
3. 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。

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。

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

JVM的位置

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

JVM的整体结构

1. HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
2. 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
3. 在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。

Java代码执行流程

凡是能生成被Java虚拟机所能解释、运行的字节码文件，那么理论上我们就可以自己设计一套语言了

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：

基于栈的指令集架构

基于栈式架构的特点：

1. 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
2. 避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配
3. 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
4. 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台

基于寄存器的指令级架构

基于寄存器架构的特点：

1. 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虚拟机。
2. 指令集架构则完全依赖硬件，与硬件的耦合度高，可移植性差
3. 性能优秀和执行更高效
4. 花费更少的指令去完成一项操作
5. 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地址指令为主