【从零开始学JVM】第一章_JVM和java体系结构

第一章_JVM和java体系结构

1.java和JVM简介

1.1Java

Java是一门跨平台的语言

Java 语言的特点包括：

1. 跨平台性：Java 程序可以在不同操作系统上运行，只需安装对应平台的 Java 虚拟机（JVM）即可。
2. 面向对象：Java 是一种纯粹的面向对象编程语言，支持封装、继承、多态等面向对象特性。
3. 健壮性：Java 在设计时考虑了许多安全检查，如内存管理、异常处理等，以确保程序的稳定性和可靠性。
4. 安全性：Java 提供了安全管理机制，可以防止恶意代码对系统造成危害。
5. 高性能：Java 通过即时编译等技术提高了执行效率，适用于需要高性能的应用场景。

1.2JVM

JVM 是 Java 程序的运行环境，它负责将 Java 字节码翻译成特定平台的机器码并执行。

JVM 还提供了垃圾回收、内存管理等功能，帮助开发者更轻松地管理程序的执行。

2.Java文件编译过程

1. 程序员编写的.java文件
2. 由javac编译成字节码文件.class：（为什么编译成class文件，因为JVM只认识.class文件）
3. 在由JVM编译成电脑认识的文件（0101010101） （对于电脑系统来说 文件代表一切）

3.JVM整体结构

1. 类加载器子系统（Class Loader Subsystem）：
   • 类加载器负责加载类文件到内存中，并生成对应的 Class 对象。类加载器按照特定的规则从不同的位置加载类文件，如文件系统、网络等。
   • 类加载器通常包括启动类加载器（Bootstrap Class Loader）、扩展类加载器（Extension Class Loader）和应用程序类加载器（Application Class Loader）等层次。
2. 运行时数据区（Runtime Data Area）：
   • 方法区（Method Area）：存储类的元信息、静态变量、常量池等数据。
   • 堆（Heap）：存储对象实例以及数组。
   • 栈（Stack）：存储局部变量、操作数栈、方法返回地址等。
   • 程序计数器（Program Counter Register）：记录当前线程执行的字节码指令地址。
   • 本地方法栈（Native Method Stack）：为执行本地方法服务。
3. 执行引擎（Execution Engine）：
   • 解释器（Interpreter）：逐行解释字节码并执行对应的本地机器指令。
   • 即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）：将热点代码（频繁执行的代码段）编译成本地机器码，提高执行效率。
4. 本地方法接口（Native Interface）：
   • 提供了与底层 C/C++ 等语言交互的能力，允许 Java 调用本地方法。
5. 本地方法库（Native Method Libraries）：
   • 包含了一些与平台相关的本地库和方法，用于支持 JVM 的底层操作。

4.JVM生命周期

• 虚拟机的启动

  通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类来完成，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虚拟机有这一个清晰地任务，执行java程序
  • 程序开始执行时他才运行，程序结束时它就停止
  • 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常会错误而终止
  • 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Systen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规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，jaca虚拟机的退出情况

5.JVM发展进程

• Sun Classic VM

  • 世界上第一款商用java虚拟机
  • 虚拟机内部只提供解释器
  • 现在的hotspot内置了此虚拟机

• Exact VM

  • 可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型
  • 具备现代高性能虚拟机的雏形：热点探测+编译器和解释器混合工作模式

• HotSpot VM

  • JDK1.3时，成为默认虚拟机
  • 在服务器端，桌面到移动端，嵌入式都有应用
  • Hotspot指的就是热点代码探测技术

• JRockit

  • 专注于服务器端应用
  • 内部不包含解析器实现
  • 是世界上最快的JVM

• J9

  • 有影响力的三大商用虚拟机之一
  • 服务器端，桌面应用，嵌入式等多用途VM

• Azul VM

  • 无停顿垃圾回收
  • 与特定硬件平台绑定，软硬件配合的专有虚拟机
  • 可预测性
  • 适用于大内存应用

• Liquid VM

  

• Taoban JVM

  

6.JDK发展路程

1. JDK 1.0（1996年）：最初版本的 Java 开发工具包中包含了最基本的 JVM，实现了 Java 语言的基本功能。
2. JDK 1.2（1998年）：引入了 Just-In-Time 编译器（JIT），提高了 Java 程序的性能。
3. JDK 1.3（2000年）：增加了 Java HotSpot 虚拟机，引入了即时编译器技术，进一步提升了性能。
4. JDK 1.4（2002年）：引入了新的垃圾回收器（包括并行回收器和分代回收器），改善了内存管理和回收效率。
5. JDK 5.0（2004年）：引入了泛型、枚举、自动装箱拆箱等新特性，对虚拟机也做了优化和改进。
6. JDK 6（2006年）：增加了 G1 垃圾回收器，改进了性能和可靠性。
7. JDK 7（2011年）：引入了新的垃圾回收器（G1 GC）、InvokeDynamic 指令等功能，提高了性能和灵活性。
8. JDK 8（2014年）：引入了 Lambda 表达式、Stream API 等新特性，同时对虚拟机进行了性能优化。
9. JDK 9（2017年）：引入了模块化系统（Jigsaw）、改进了垃圾回收器、优化了性能等。
10. JDK 10、11、12、13、14、15、16、17、18：每个版本都带来了新的特性、改进和优化，如局部变量类型推断、ZGC 垃圾回收器、Shenandoah 垃圾回收器等。