JVM执行引擎篇(基本概述)

Posted 2021-10-22 ProChick

基本概述

• • 1.什么是执行引擎？
  • 2.工作原理
  • 3.相关概念

1.什么是执行引擎？

• 执行引擎是Java虚拟机的核心组成部分之一
• 虚拟机是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。
• JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JVM识别的字节码指令、符号表和其他辅助信息
• 所以，如果想让一个Java程序运行在操作系统上、执行引擎的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才可以。也就是说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的翻译者

2.工作原理

• 执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器，每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址
• 在方法的执行过程中，执行引擎也有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，进而还可以通过对象头中的元数据指针( 类型指针 )定位到方法区中目标对象的类型信息
• 从外观上来看，所有Java虚拟机的执行引擎输入、输出都是一致的：
  • 输入的是字节码二进制流
  • 处理的过程是将字节码文件进行解释执行的过程
  • 输出的是执行结果

3.相关概念

• 机器码

  • 机器码就是使用各种用二进制编码方式表示的指令，也叫做机器指令码
  • 在编程的初期，人们就使用它来编写程序，这就是机器语言
  • 机器语言虽然能够被计算机理解和接受，但和人们的语言差别太大，不易被人们理解和记忆，并且用它编程容易出差错
  • 机器语言编写的程序一经输入计算机，CPU就能够直接读取运行，因此和其他语言编的程序相比，执行速度最快
  • 机器指令码与CPU紧密相关，所以不同种类的CPU所对应的机器指令码也就不同

• 指令

  • 由于机器码是由0和1组成的二进制序列，可读性实在太差，于是人们发明了指令
  • 指令就是把机器码中特定的0和1序列，简化成对应的指令( 比如：mov，inc)，可读性稍好
  • 由于不同的硬件平台，所以在执行同一个操作(同一种指令)的时候，对应的机器码也可能不同

• 指令集

  • 不同的硬件平台，各自支持的指令，是有差别的。因此每个平台所支持的指令，称之为对应平台的指令集
  • 比如：x86指令集，对应的是x86架构的平台。ARM指令集，对应的是ARM架构的平台

• 汇编语言

  • 由于指令的可读性还是太差，于是人们又发明了汇编语言

  • 在汇编语言中，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号或标号代替指令或操作数的地址

  • 在不同的硬件平台，汇编语言对应着不同的机器语言指令集，通过汇编过程转换成机器指令

  • 由于计算机只认识指令码，所以用汇编语言编写的程序还必须翻译成机器指令码，计算机才能识别和执行
    

• 高级语言

  • 为了使计算机用户编程序更容易些，后来就出现了各种高级计算机语言

  • 高级语言是相比于机器语言、汇编语言更接近人的语言

  • 当计算机执行高级语言编写的程序时，仍然需要把程序解释和编译成机器的指令码。完成这个过程的程序就叫做解释程序或编译程序
    

  以C或C++高级语言举例

  

  • 编译过程：首先是读取源程序代码，然后对其进行词法和语法的分析，最后将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码
  • 汇编过程：把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程

• 字节码

  • 字节码是一种中间状态(中间码)的二进制代码，它比机器码更抽象，需要直译器转译后才能成为机器码
  • 字节码主要为了实现特定软件运行和软件环境、与硬件环境无关设计的
  • 字节码的实现是通过编译器和虚拟机器，首先通过编译器将源码编译成字节码，然后在特定平台上的虚拟机上将字节码再转译为可以直接执行的指令