JVM简介---JVM(一)

b站尚硅谷的JVM学习笔记--https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411n7xZ
非常建议去看看，小白看笔记很难明白的

为什么要学 JVM？

• 面试的需要：入职 BATJ、TMD、PKQ 等一线大厂不光关注技术的广度，更关注
  技术的深度，JVM 技术是大厂面试的必备技能，掌握越深越好
• 中高级程序员、架构师必备技能：架构师每天都在思考如何让我的系统更快，
  如何避免系统出现性能瓶颈。单纯的依靠物理机不足以解决问题，分析系统
  性能、调优系统瓶颈离不了对 JVM 中内存、垃圾回收、字节码指令、性能监
  控工具、调优参数的熟练掌握。
• 精进技术、极客追求：JVM 是 Java 生态的核心价值的体现，垃圾回收算法、
  JIT、底层原理值得每个程序员去探索。同时，JVM 作为跨语言的平台，对于
  深入理解 Scala、Kotlin、JavaScript、Jython、Groovy 也很有帮助。

  我们知道java作为目前最广泛的软件开发平台之一，拥有一处编译，到处运行的口号，虽说java不是最强大的语言，但最强大的虚拟机非JVM莫属。

什么是虚拟机

  所谓虚拟机(Virtual Machine), 就是一台虚拟的计算机。它是一款件，用有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(如VMware)的软件和程序虚拟机（如java虚拟机）。

JVM简介

  我们知道java作为目前最广泛的软件开发平台之一，拥有一处编译，到处运行的口号，虽说java不是最强大的语言，但最强大的虚拟机非JVM莫属。
  但JVM与java语言并没有必然的联系，他只与特定的二进制文件格式（.class文件格式关联），我们平时所说的java字节码，指的就是这种.class文件，能运行再JVM上的字节码格式都是一样的，所以更应成为jvm字节码，也就是说不同语言都可以经过编译成为jvm字节码丢到JVM中进行执行
  为什么能一处编译，到处运行呢？一个图，解疑惑：

  相比于C语言和C++，JVM为我们提供了自动内存管理和垃圾回收的功能，
  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。

java代码执行流程

  java源码----->java前端编译器----->字节码----->java虚拟机： 类加载器----->字节码校验器----->翻译字节码（解析执行，）JIT编译器会把需要反复执行的热点代码编译成本地机器指令并缓存，提升执行效率----->操作系统 =================当然其中还有很多很多细节

  我们发现这里有两个编译器，简单理解就是分为前端编译器（编译成字节码）和后端（JIT）编译器（用于编译成机器指令，并将编译好的并且需要反复执行的热点代码缓存到方法区）

看图变知

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。
这两种架构之间的区别:

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

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虛拟机。
• 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

JVM生命周期

虚拟机的启动
  Java虚拟机的启动是通过引导导类加载器(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。

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。

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赠或错误而异常终止
• 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。

常见jvm虚拟机：

三大虚拟机

SUN公司的Hotspot VM
● HotSpo最初由一家名为 "Longview Technologies"的小公司设计

• 1997年，此公司被Sun收购:2009年，Sun公同被甲骨文收购。
• JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机

● 目前Hotspot占有绝对的市场地位。 称霸武林。

• 不管是现在仍在广泛使用的JDK6。还是使用比例较多的JDK8中。默认的虚拟机都是HotSpot或者是sun/oracle JDK和openJDK的默认虚拟机
• Hotspot通过编译器与解释器协网工作，在最优化的程序响同时间与最佳执行性能中取得平衡

BEA的JRockit
● 专注于服务器瑞应用

• 它可以不太关注程序启动速度，因此JRockit内部不包含解析器实现， 全部代
  都靠即时编译器（JIT）编译译后执行。
• 大量的行业基准测试显示，JRockit JVM是世界上最快的JVM。
• 性能提高，硬件成本减少

● 优势:全面的Java运行时解决方案组合

• JRockit而向延 迟敏感型应用的解决方案JRockit Real Time提供以毫秒或
  微秒级的JVM响应时间。适合财务。军事指挥。电信网络的需要
• MissionControl服务套件， 它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产
  环境中的应用程序的工具.
• 2008年，BEA被oracle收购。

上面两个虚拟机的后来
Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK 8中完成。整合的方式是在Hotspot的基础上。移植JRockit的优秀特性。

IBM的J9

• 全称: IBM Technology for Java Virtual Machline, 简称正4J，内部代号: J9
• 市场定位与Hotspot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM
• 广泛用于IBM的各种Java产品。
• 目前，有影响力的三大商用虚拟机之一。 也号称是世界上最快的Java虚拟机，这是因为运行再自家硬件和产品上。
• 2017年左右，IBM发布了开源J9 VM,命名为openJ9，交给Bclipse基金会管理，也称为Eclipse OpenJ9

其他虚拟机

Azul VM

• 前而三大“高性能Java虚拟机”使用在通用硬件平台上
• 这里Azul VM和BEA Liquid VM是与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专虚拟机
• 高性能Java虚拟机中的战斗机。
• Azul VM是Azul Systems公司在Hotspot基础上进行大量改进，运行于Azul systems 公司的专有硬件Vega系统上的Java虚拟机。
• 每个Azul VM实例都可以管理至少数五个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器、专有硬件优化的线程调度等优秀特性。
• 2010年，Azul Systems公司开始从硬件转向软件，发布了自己的zing JVM，可以在通用x86平台上提供接近于Veqa系统的特性。

Liquid VM

• 高性能Java 虚拟机中的战斗机。
• BEA公司开发的，直接运行在自家Hypervisor系统上
• Liquid VM即是现在的JRockit VE (Virtual Edition) , Liquid VM不需要操作系统的支持，或者说它自己本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等。
• 随着JRockit虛拟机终 止开发，Liquid VM项目也停止了。.

Apache Harmony

• Apache 也曾经推出过与JDK 1. 5和JDK 1. 6兼容的Java运行平台Apache Harmony.
• 它是IBM和Intel联合开发的开源JVM，受到同样开源的OpenJDK的压制，Sun坚决不让Harmony获得JCP认证，最终于2011年退役，IBM转而参与OpenJDK
• 虽然目前并没有Apache Ha rmony被大规模商用的案例，但是它的Java类库代码吸纳进了Android SDK

Dalvik VM

• 谷歌开发的，应用于Android系统， 并在Android2.2中提供了JIT，发展迅猛。
• Dalvik VM只能称作虚拟机，而不能称作“Java虚拟机”，它没有遵循Java虚拟机规范
• 不能直接执行Java 的Class 文件
• 基于寄存器架构，不是jvm的栈架构。
• 执行的是编译以后的dex (Dalvik Executable) 文件。执行效率比较高。
• 它执行的dex (Dalvik Executable)文件可以通过Class文件转化而来，
  使用Java语法编写应用程序，可以直接使用大部分的Java API等。
• Android 5.0使用支持提前编译(Ahead Of Time Compilation, AOT)的ART VM替换Dalvik VM。