Java虚拟机整体思路

Posted 2023-04-11 shushulelan

我们日常编程的Java编程是在Java语言规范代码，通过javac前端编译器编译器，产生字节码规范，此时我们应该对字节码文件结构有一个大致的认识，此时我们了解了Java虚拟机内存面局（专业术语叫运行时数据区），类加载器通过加载器将字节码文件加载到内存中（此时应该对类加载的过程有一个大致的了解），Java类信息就会存储在我们的方法区中，如果创建对象，那么数据对象就会放到Java堆中，如果调用方法就用到PC寄存器、Java虚拟机栈、本地方法栈等结构。
从源代码到机器码，使用AOT编译器，从字节码到机器码我们可以选择解释执行，也可以选择编译执行(JIT)，编译执行又分为C1编译模式和C2编译模式。C1优化相对保存但编译速度快速，C2优化比较激进，但编译速度比C1慢，但是编译质量相对较好。

《深入理解Java虚拟机》读书笔记——第1章 走近Java

（注：原文请见《深入理解Java虚拟机》周志明 著，知识点部分参考百度百科）

总述

第1章分为两个部分：Java概述及自己动手编译JDK的教程。

1 Java概述

介绍了Java的整体特性、Java的技术体系组成、Java及JVM的发展史。

1.1 Java的总体特性

1）Java不仅仅是一门编程语言，更是由一系列计算机软件和规范组成的技术体系。

2）Java具有众多优点：

a.Java虚拟机在千差万别的物理机上建立了统一的运行平台，实现了跨平台性。（主要）

b.提供了相对安全的内存管理和访问机制，避免了绝大部分的内存泄漏和指针越界问题。

c.实现了热点代码检测和运行时编译及优化，使得Java应用能随着运行时间的增加而获得更高的性能。

d.完善的应用程序接口及大量第三方类库的支持

3）Java目前短板：（截至JDK1.7）

a.Java尚不支持模块化，主要由于Sun公司提出的JSR没有获得通过，但是在Sun公司在OpenJDK中建立了一个名为Jigsaw的项目用来推动Sun提出的JSR标准在Java平台中转为具体实现。此外，IBM提出了自己的Java平台模块化标准JSR-291：Java SE动态组件支持（实际就是OSGi R4.1)。

b.函数式编程的一个重要优点是能够天然地适应并行运行。目前在Java中可以实现函数式编程，但是会带来代码的臃肿，在Java 8中，将会提供Lamda支持来改善对函数式编程的支持。

c.Java虚拟机很早之前就支持64位系统了，但Java程序运行在64位虚拟机上需要付出比较大的额外代价：由于指针膨胀和各种数据类型对其补白的问题，需要消耗更多内存，通常要比32位系统增加10%~30%的内存消耗；在运行速度上全靠面落后于32位虚拟机，大约有15%的性能差距。为此Sun公司提供了指针压缩功能，但是，开启指针压缩会增加执行代码的数量。

1.2 Java技术体系组成

Sun公司所定义的Java技术体系包括以下几个部分：

1）Java程序设计语言

2）JVM

3）Class文件格式

4）Java API类库

5）第三方Java类库

JDK（Java Development Kit，用于支持Java程序开发的最小环境）包括：Java程序设计语言、JVM、Java API类库。

JRE（Java Runtime Environment，支持Java程序运行的标准环境）包括：Java程序设计语言、JVM、Java SE API子集。

                                                                      JDK 1.8 示意图

按技术领域可以划分成4个平台：

1）Java Card:为Java小程序（Applets）在小内存设备（如智能卡）上运行提供支持。

2）Java ME（Micro Edition)：移动终端（手机、PAD）。对Java API有所精简，并加入了针对移动端的支持。

3）Java SE（Standard Edition）：桌面级应用。提供了完整的Java核心API。

4）Java EE（Enterpeise Edition）：企业级应用（如ERP（Enterprise Resource Planning），CRM（Customer Relationship Management）应用）。除提供Java SE API外，还对其做了大量的扩充并提供了相关部署支持。

2 其他知识点：

1）Class文件：全称Java Class文件。采用C/C++等传统语言编写的程序通常首先被编译，然后被连接成单独的、专门支持特定硬件平台及操作系统的二进制文件，通常一个平台上的二进制可执行文件不能在其他平台上运行，主要是由于这个二进制文件包含了对目标处理器的机器语言。而Java编译器把Java源文件的指令翻译成字节码，这种字节码就是Java虚拟机的“机器语言”，与普通程序不同的是，Java程序（class文件）并不是本地的可执行程序。当运行Java程序时，首先运行JVM（Java虚拟机），然后再把Java class加载到JVM里头运行，负责加载Java class的这部分就叫做Class Loader。

2）JVM通过编译器和解释器协同工作达到高效的目的。

编译器和解释器的联系和区别：解释器和编译器都要进行词法分析、语法分析和语义分析，之后，二者开始有所分别。解释器在语义分析后选择了直接执行语句；编译器在语义分析后选择将将语义存储成某一种中间语言，之后通过不同的后端翻译成不同的机器语言（可执行程序）。

编译器和解释器的联系和区别参见：http://www.cnblogs.com/sword03/archive/2010/06/27/1766147.html