JVM 概述

JVM 的发明可以说比 Java 这个语言更成功

虚拟机与 Java虚拟机

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，Mware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

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

JVM 平台的各种语言可以共享 Java 虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回收器，以及可靠的即时编译器

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 JVM 内部

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：

一次编译，到处运行
自动内存管理
自动垃圾回收功能

JVM 的执行流程

jvm整体结构.png

第二层的运行时数据区，就是 Runtime 类在运行，Runtime 单例，是个饿汉式

执行引擎包含三部分：解释器，即时编译器（JIT），垃圾回收器（GC）

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：

基于栈式架构的特点

设计和实现更简单，适用于资源受限的系统
避开了寄存器的分配难题：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，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器容易实现
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

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
指令集架构则完全依赖硬件，可移植性差
性能优秀和执行更高效
花费更少的指令去完成一项操作
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

注：区分栈式架构的 “指令集更小” 和寄存器架构的 “更少的指令” 的区别

同样执行2+3这种逻辑操作，其指令分别如下：

基于栈的计算流程（以Java虚拟机为例）：

iconst_2 // 常量2入栈
istore_1
iconst_3 // 常量3入栈
istore_2
iload_1
iload_2
iadd // 常量2/3出栈，执行相加
istore_0 // 结果5入栈

而基于寄存器的计算流程：

mov eax,2 // 将eax寄存器的值设为1
add eax,3 // 使eax寄存器的值加3

JVM 的生命周期

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。

后面在类的加载有更详细的内容

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他才运行，程序结束时他就停止（退出时机）执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。

（ jps 命令，可以查看当前执行进程，某个类）

退出

有如下的几种情况：

程序正常执行结束
程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
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（底层 native），并且Java安全管理器也允许这次 exit 或 halt 操作（代码中主动结束程序执行，但一般不会主动结束） System、Runtime 的停止方法，底层都是调用了 Shutdown 类的带有 native 关键字的 halt0() 方法
除此之外，JNI （Java Native Interface）规范描述了用 JNI Invocation API 来加载或卸载 Java 虚拟机时，Java 虚拟机的退出情况

JVM概述（Java Virtual Machine）