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

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