一、虛擬機

1.1 什么是虛擬機?

所謂虛擬機（Virtual Machine),就是一臺虛擬計算機，它是一款軟體，用來執行一系列虛擬計算機指令，大體上，虛擬機可以分為系統虛擬機和程式虛擬機，

• 大名鼎鼎的Visual Box,VMware就屬于系統虛擬機，他們完全是對物理計算機的仿真，提供了一個可運行完整作業系統的軟體平臺，
• 程式虛擬機的典型代表就是Java虛擬機，它專門為執行單個計算機程式而設計，在Java虛擬機中執行的指令我們稱為Java位元組碼指令

無論是系統虛擬機還是程式虛擬機，在上面運行的軟體都被限制與虛擬機提供的資源中，

1.2 Java虛擬機

• Java 虛擬機是一臺執行Java位元組碼的虛擬計算機，他擁有獨立的運行機制，其運行的Java位元組碼也未必由Java語言編譯而成，
• JVM平臺的各種語言可以共享Java虛擬機帶來的跨平臺性，優秀的垃圾回收器，以及可靠的即使編譯器，
• Java技術的核心就是Java虛擬機（JVM,Java Virtual MACHINE),因為所有的Java程式都運行在Java虛擬機內部

作用：

Java虛擬機就是二進制位元組碼的運行環境，負責裝載位元組碼到其內部，解釋/編譯為對應平臺上的機器指令執行，每一條Java指令，java虛擬機規范中都有詳細的定義，如怎么取運算元，怎么處理運算元，處理結果放在哪里，

特點：

• 一次編譯，到處運行
• 自動記憶體管理
• 自動垃圾回收功能

二、JVM的整體結構

2.1 JVM的位置

• HotSpot VM 是目前市面上高性能虛擬機的代表作之一，
• 它采用解釋器與即時編譯器并存的架構
• 在今天，Java程式的運行性能早已脫胎換骨，已經達到了可以和C/C++ 程式一較高下的地步，

紅色框：方法區和堆是多執行緒共享的，涉及執行緒安全問題
灰色框：Java堆疊、本地方法堆疊、程式計數器是執行緒私有的，不會設計到執行緒安全
執行引擎：因為計算機系統不識別位元組碼指令，所以要由執行引擎將位元組碼指令翻譯為機器指令

2.2 JVM的架構模型

Java編譯器輸入的指令流基木上是一種基于堆疊的指令集架構，另外一種指令集架構則是基于暫存器的指令集架構，
具體來說:這兩種架構之間的區別:·

基于堆疊式架構的特點

• 設計和實作更簡單，適用于資源受限的系統;
• 避開了暫存器的分配難題: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，其執行程序依賴于操作堆疊，指令集更小，編譯器容易實作，
• 不需要硬體支持，可移植性更好，更好實作跨平臺

基于暫存器架構的特點

• 典型的應用是x86的二進制指令集:比如傳統的Fc以及Android的Davlik虛擬機，
• 指令集架構則完全依賴硬體，可移植性差
• 性能優秀和執行更高效;
• 花費更少的指令去完成一項操作，
• 在大部分情況下，基于暫存器架構的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令為主，而基于堆疊式架構的指令集卻是以零地址指令為主，

舉個例子，為什么說暫存器架構的指令少性能更加優秀？

從上圖可以看到，因為對一個簡單的加法進行操作時，會有很多的入堆疊出堆疊的操作，每一個操作都需要一個指令去完成，所以堆疊式架構需要的指令更多，而暫存器架構只需要將兩個引數的位置記錄，使用的時候直接取出哪來用，避免了很多不需要的操作，所以性能會更好，

既然暫存器架構的性能比較好為什么JVM不使用呢?

由于跨平臺性的設計，Java的指令都是根據堆疊來設計的，不同平臺CPU架構不同，暫存器又比較依賴于硬體，平臺受限，所以不能設計為基于暫存器的，堆疊架構的優點是跨平臺，指令集小，編譯器容易實作，缺點是性能下降，實作同樣的功能需要更多的指令，

三、JVM的生命周期

3.1 虛擬機的啟動

Java虛擬機的啟動是通過引導類加載器（Bootstrap class loader)創建一個初始類（initial class)來完成的，這個類是由虛擬機的具體實作指定的，

3.2 虛擬機的執行

• 一個運行中的Java虛擬機有著一個清晰的任務：執行Java程式，
• 程式開始執行時他才運行，程式結束時他就停止，
• 執行一個所謂的Java程式的時候，真真正正在執行的是一個叫做Java虛擬機的行程，

我們下面寫一個測驗類，來觀察jvm的執行程序

package com.jvmTest;

public class StackStruTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i=2;
        int j=3;
        int z=i+j;
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("jvm退出");
        }
    }
}

運行main()方法后，點擊下面的terminal選項 輸入jps命令 觀察，當程式執行完后，再次輸入jps,對比下，可以看到

34748 StackStruTest

消失了
程式已經執行完后退出了，也就是JVM此時也正常退出了，

3.3 虛擬機的退出

有如下的幾種情況:·

• 程式正常執行結束
• 程式在執行程序中遇到了例外或錯誤而例外終止
• 由于作業系統出現錯誤而導致Java虛擬機行程終止
• 某執行緒呼叫Runtime類或system類的exit方法，或 Runtime類的halt方法，并且Java安全管理器也允許這次exit或halt操作，
• 除此之外，JNI ( Java Native Interface)規范描述了用JNI Invocation API來加載或卸載Java虛擬機時，Java虛擬機的退出情況，

四、JVM的發展歷程

4.1 Sun Classic VM

• 早在1996年Java1.0版本的時候，Sun公司發布了一款名為Sun Classic VM的Java虛擬機，它同時也是世界上第一款商用虛擬機，JDK1.4時 完全被淘汰，
• 這款虛擬機內部只提供解釋器
• 如果使用JIT編譯器，就需要進行外掛，但是一旦使用了JIT編譯器，JIT就會接管虛擬機的執行系統，解釋器就不再作業，解釋器和編譯器不能配合作業，
• 現在hotspot內置了此虛擬機

問題:解釋器與JIT編譯器的區別

JIT編譯器，英文寫作Just-In-Time Compiler，中文意思是即時編譯器，
JIT是一種提高程式運行效率的方法，通常，程式有兩種運行方式：靜態編譯與動態解釋，靜態編譯的程式在執行前全部被翻譯為機器碼，而動態解釋執行的則是一句一句邊運行邊翻譯，

就以java為例，在jdk 1.0時代，java虛擬完全是解釋執行的，那什么是解釋執行呢？解釋器（你可以理解為翻譯器）每次讀一代碼，就將位元組碼起轉換（翻譯）為JVM可執行的指令，一直到最后，說白了邊聽邊譯，這樣的結果顯易見，效率低下，更重要的是同樣的代碼每次都需要重新翻譯，這怎么能忍，必須要解決啊，隨著后面的發展，現在大多數的主流的JVM都包含即時編譯器，那什么是即時編譯器呢？所謂的即時編譯器說白了就是將源代碼直接生成符合本地物理機可識別的機器語言，還是拿java舉例唄，JVM在運行期間會根據代碼熱度來選擇是否代碼轉換為本地機器語言，當然，這個代碼熱度的判斷相對復雜，不僅僅是某個方法呼叫的次數達到指定閥值，不同的場景有不同的策略，具體就不說了，即時編譯器的好處在于可以對代碼進行深度優化，同時提高效率(只編譯了一次，以后每次都會呼叫執行的速度大大提高)，現在大部分的虛擬機都是解釋器和即時編譯器共同存在的

4.2 Exact VM 虛擬機

• 為了解決上一個虛擬機問題，jdk1.2時，sun提供了此虛擬機，Exact Memory Management:準確式記憶體管理也可以叫Non-Conservative/Accurate Memory Management虛擬機可以知道記憶體中某個位置的資料具體是什么型別，
• 具備現代高性能虛擬機的雛形
  熱點探測
  編譯器與解釋器混合作業模式
• 只在solaris平臺短暫使用，其他平臺上還是classic vm
  英雄氣短，終被Hotspot虛擬機替換

4.3 SUN公司的Hotspot VM

• 最初由一家名為“Longview Technologies"的小公司設計
• 1997年，此公司被sun收購; 2009年，sun公司被甲骨文收購，JDK1.3時，HotSpot VM成為默認虛擬機
• 目前Hotspot占有絕對的市場地位，稱霸武林，不管是現在仍在廣泛使用的JDK6，還是使用比例較多的JDR8中，默認的虛擬機都是HotSpotsun/Qracle JDK和lopenJDK的默認虛擬機
• 因此本課程中默認介紹的虛擬機都是Hotspot，相關機制也主要是指Hotspot的cc機
  制，(比如其他兩個商用虛擬機都沒有方法區的概念）從服務器、桌面到移動端、嵌入式都有應用，
• 名稱中的Hotspot指的就是它的熱點代碼探測技術，
  通過計數器找到最具編譯價值代碼，觸發即時編譯或堆疊上替換
  通過編譯器與解釋器協同作業，在最優化的程式回應時間與最佳執行性能中取得平衡

4.4 BEA 的 JRockit

• 專注于服務器端應用
  它可以不太關注程式啟動速度，因此JRockit內部不包含決議器實作，全部代碼都靠即時編譯器編譯后執行，
• 大量的行業基準測驗顯示，JRockit JVM是世界上最快的JVM，使用JRockit產品，客戶己經體驗到了顯著的性能提高（一些超過了70% )和硬體成本的減少（達50%），
• 優勢:全而的Java運行時解決方案組合
  JRockit面向延遲敏感型應用的解決方案JRockit Real Time提供以亳秒或微秒級的JVM回應時間，適合財務、軍事指揮、電信網路的需要
• Missioncontrol服務套件，它是一組以極低的開銷來監控、管理和分析生產
  環境中的應用程式的工具，
• 2008年，BEA被oracle收購，
• oracle表達了整合兩大優秀虛擬機的作業，大致在JDK 8中完成，整合的方式是在Hotspot的基礎上，移植JRockit的優秀特性，
  高斯林:目前就職于谷歌，研究人工智能和水下機器人

下面還有很多的虛擬機，我們就不一 一的挑出來說明了…

下個章節 我們將對JVM內部的各個模塊做詳細的剖析說明

💥推薦閱讀💥

上一篇：一、JVM從入門到精通之你曾被JVM傷害過嗎？

下一篇：三、JVM從入門到精通之類加載子系統