JVM详解(一)之初识JVM

前言：
一些有一定工作经验的开发人员，觉得SSM、微服务等上层技术才是重点，而忽略了基础的技术，这其实是不可取的，作为一个想向上发展的开发人员，打好基础是最关键的，不然基础的知识永远是你的致命缺点！
关于JVM详解的博文将以连载方式持续发布到个人分类专栏的JVM详解中，欢迎大家关注，点赞，评论。如果有一些问题暂时不太清楚的可以拿小本本记下，在之后的博文中会详细说明。

一.虚拟机

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Visual Box ，VMware就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，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虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行

二.JVM所在部分的简化图：

三.Write once , run anywhere图解：

四.初识Java虚拟机

• Java虚拟机是Java平台的基石。它是该技术的组成部分，负责硬件和操作系统的独立性，已编译代码的小尺寸以及保护用户免受恶意程序攻击的能力。（所谓已编译代码的小尺寸，举例例子来说比如说在一个程序当中用到了String，用到了基本数据类型，用到其它一些类啊等等，其实我们在真正编译以后的字节码文件都对应着一个常量池，运行的时候我们叫运行时常量池，我们通过这些常量的指向，来避免我们在字节码文件中去加载大量的类，保证了字节码文件的小尺寸。）
• Java虚拟机是抽象的计算机。像真正的计算机一样，它具有指令集并在运行时操作各种内存区域。
• Java虚拟机对Java编程语言一无所知，仅识别特定的二进制格式（class文件格式）。一个class文件包含Java虚拟机指令和符号表，以及其它辅助信息。
• 为了安全起见，Java虚拟机对class文件中的代码施加了严格的语法和结构约束。但是，任何具有可以用有效字节码文件表示的功能语言都可以由Java虚拟机承载。被一个普遍可用的、独立于机器的平台所吸引，其他语言的实现者可以将Java虚拟机作为其语言的传递工具。（即JVM是跨语言的平台，只需要不同的编程语言提供各自的编译器，他们各自带编译器编译出来的字节码文件遵循java虚拟机的规范，我们的java虚拟机就可以解释运行 ，图解如下）：
  

五.基于栈的指令集架构和基于寄存器的指令集架构

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，另一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。
两者之间的区别如下：

• 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。（即指令没有地址，只有操作数）
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以及安卓的Davlik虚拟机。
2. 指令集架构完全依赖于硬件，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（即指令有一个地址，一个操作数），二地址指令（指令有两个地址）和三地址指令为主。

下面我们比较一下进行3+5操作时，基于栈的指令集架构与基于寄存器的指令集架构的指令的区别：
程序：

编译后的字节码文件路径：

在idea终端cd进入Test01.class文件所在路径，输入javap -v Test01.class 进行反编译：

我们可以看到Code那块，就是我们的指令了，对其指令简单解释：

以上是基于栈的指令集架构的指令，看着指令的数量是比较多的，而对于基于寄存器的指令集架构，其指令如下：

可以看出执行同样的操作，基于寄存器的指令集架构的指令数量比较少，但其指令集架构完全依赖于硬件，可移植性差。

总结：
由于JVM跨平台的设计，不同平台cpu的架构不同，所以Java的指令不能设计为基于寄存器的，而是基于栈的指令集架构；
它的优点是跨平台，指令集小，编译容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需求需要更多的指令。

六.JVM的整体结构

七.JVM的生命周期

1.虚拟机的启动

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类（initial class）来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

2.虚拟机的执行

• 一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序。
• 程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。
• 执行一个所谓的Java程序的时候，真正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。

3.虚拟机的退出

虚拟机的退出有如下几种情况：

• 程序正常执行结束
• 程序在执行过程中遇到了异常或错误
• 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System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的exit或halt操作。
• 除此之外，JNI（Java Native Interface） 规范描述了用JNI Invovation API 来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况。

未完待续，博文持续跟新中…

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