深入理解JVM虚拟机第三篇:JVM的指令集架构模型和JVM的生命周期

文章目录

一:JVM的指令集架构模型        

        1:基于栈式架构的特点

        (1):什么叫零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令?

        (2):为什么说不需要硬件支持,可移植性好?

       2:基于寄存器架构的特点

       3:基于不同内容计算流程

      (1):基于栈的计算流程反编译指令

      (2):基于寄存器的计算流程

        4:总结

二:JVM的生命周期

1:虚拟机的启动

2:虚拟机的执行

3:虚拟机的退出程序


一:JVM的指令集架构模型        

        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。 

        HotSpot虚拟机中每一个操作都需要经过入栈和出栈,显然他是一个基于栈的指令集架构。

        1:基于栈式架构的特点

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

        (1):什么叫零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令?

        正常我们做一个地址指令执行的时候他有两部分内容:指令地址和操作数,一地址指令是有一个地址、二地址指令是指有两个地址...而零地址指令指的是没有地址,只有操作数据。

        内存中我们都知道栈的结构,这个栈有一个入栈和出栈的操作只会针对栈顶数据进行操作。所以,我们就不需要知道他的地址。所以,基于栈的架构方式具有这样的特点。

        (2):为什么说不需要硬件支持,可移植性好?

        因为基于栈式架构的话,是基于内存的,不需要跟硬件打交道。所以,不需要硬件的支持。

       2:基于寄存器架构的特点

        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。

        指令集架构则完全依赖硬件,可移植性差

        性能优秀和执行更高效

        花费更少的指令去完成一项操作

        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。

        3:基于不同内容计算流程

       (1):基于栈的计算流程反编译指令

iconst_2
istore1
const_3 //常量3入栈
istore_2
iload_1
iload 2
iadd//常呼徽扁闭2、3出栈,执行相加
istore_0 //结果s入栈

        (2):基于寄存器的计算流程

mov eax,2
add eax,3 //使eax寄存器的值加3

4:总结

        由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。 优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。

        时至今日,尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了准确来说应该是HotSpotvM 的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了),那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢?

        每一个进入栈的结构我们称之为栈帧,每一个栈帧就是一个方法。执行哪个方法哪个方法就会以栈帧为单位给到栈当中,栈顶中的元素就是当前执行的栈帧,执行完毕之后就出去

        栈:跨平台性、指令集小、指令多: 执行性能比寄存器差

二:JVM的生命周期

1:虚拟机的启动

        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,这个都是规范执指定的。

2:虚拟机的执行

        一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务: 执行Java程序。

        程序开始执行时他才运行,程序结束时他就停止。

       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。

深入理解JVM虚拟机第三篇:JVM的指令集架构模型和JVM的生命周期_第1张图片

程序执行的之后,可以通过jps命令查看程序执行所有的进程!我们可以清楚的看到程序执行完毕之后,进程执行完毕。

3: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或错误而异常终止

        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。

        除此之外,JNI (Java Native Interface)规范描述了用JNIInvocation API来加载或卸载 Java虚拟机时,Java虚拟机的退出情况

    //System    
    public static void exit(int status) {
        Runtime.getRuntime().exit(status);
    }
    public void exit(int status) {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkExit(status);
        }
        Shutdown.exit(status);
    }
    static void exit(int status) {
        boolean runMoreFinalizers = false;
        synchronized (lock) {
            if (status != 0) runFinalizersOnExit = false;
            switch (state) {
            case RUNNING:       /* Initiate shutdown */
                state = HOOKS;
                break;
            case HOOKS:         /* Stall and halt */
                break;
            case FINALIZERS:
                if (status != 0) {
                    /* Halt immediately on nonzero status */
                    halt(status);
                } else {
                    /* Compatibility with old behavior:
                     * Run more finalizers and then halt
                     */
                    runMoreFinalizers = runFinalizersOnExit;
                }
                break;
            }
        }
        if (runMoreFinalizers) {
            runAllFinalizers();
            halt(status);
        }
        synchronized (Shutdown.class) {
            /* Synchronize on the class object, causing any other thread
             * that attempts to initiate shutdown to stall indefinitely
             */
            sequence();
            halt(status);
        }
    }
    static void halt(int status) {
        synchronized (haltLock) {
            halt0(status);
        }
    }

 调用本地方法去关闭

    static native void halt0(int status);

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