JVM的发展历程

今晚争取早点睡吧
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在这里讲述一些 JVM 的历史，就当故事听~

三大商用 JVM：Hotspot、JRocket、J9

在下面这些不同版本不同厂商的 JVM 中我们不难看到，JVM 和系统、硬件耦合高，性能就很好

Sun classic VM

  • 早在 1996年 Java1.0 版本的时候，Sun公司发布了一款名为 Sun classic VM 的 Java 虚拟机，它同时也是世界上第一款商用 Java 虚拟机，JDK1.4 时完全被淘汰

  • 这款虚拟机内部只提供解释器，执行起来要逐行解释(for 循环也要每次都解释)，效率就比较低（没有即时编译器、没有 GC），而 JIT 的功能就是可以将类似循环的这些执行频率高的代码编译成本地机器指令，然后缓存起来存到方法区中成为 CacheCode

  • 如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。但是一旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作 解释器和编译器不能协同工作

    后面在执行引擎章节会有更详细的内容

  • 现在hotspot内置了此虚拟机

Exact VM

  • 为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时，sun 提供了此虚拟机

  • Exact Memory Management：准确式内存管理

    也可以叫Non-Conservative/Accurate Memory Management

    虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型

  • 具备现代高性能虚拟机的雏形

    热点探测（探测高频代码、即时编译）

    编译器与解释器混合工作模式

  • 只在 Solaris 平台短暂使用，其他平台上还是classic vm

    英雄气短，终被 Hotspot 虚拟机替换

SUN 公司的 Hotspot VM

  • HotSpot 历史

    最初由一家名为 “Longview Technologies" 的小公司设计

    1997年，此公司被 Sun 收购;2009年，Sun 公司被甲骨文收购

    JDK1.3 时，HotSpot VM 成为默认虚拟机

  • 目前 Hotspot 占有绝对的市场地位，称霸武林 不管是现在仍在广泛使用的 JDK6，还是使用比例较多的 JDK8 中，默认的虚拟机都是 HotSpot Sun/Oracle JDK 和l OpenJDK 的默认虚拟机 因此网课中默认介绍的虚拟机都是 Hotspot，相关机制也主要是指 HotSpot 的 GC 机制（比如其他两个商用虚拟机都没有方法区的概念）

  • 从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用，都有 HotSpot 的身影

  • 名称中的 HotSpot 指的就是它的热点代码探测技术 通过计数器找到最具编译价值代码，触发即时编译或栈上替换 通过编译器与解释器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡

BEA 的 JRockit

  • 专注于服务器端应用。

    它可以不太关注程序启动速度，因此 JRockit 内部不包含解释器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行

    正是因为舍弃了解释器响应时间的考量，换来了高性能的 JIT

  • 大量的行业基准测试显示，JRockit JVM 是世界上最快的 JVM

    使用 JRockit 产品，客户已经体验到了显著的性能提高（一些超过了70% ）和硬件成本的减少（达50%）

  • 优势：全面的 Java 运行时解决方案组合

    JRockit 面向延迟敏感型应用的解决方案 JRockit Real Time 提供以毫秒或微秒级的 JVM 响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需要

    Missioncontrol 服务套件，它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产环境中的应用程序的工具

    这个服务套件叫（JMC）主要是负责监控内存泄漏的。由三部分组成：内存泄露监测器、JVM 运行时分析器、管理控制台

  • 2008年，BEA 被 Oracle 收购
  • Oracle 表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在 JDK 8 中完成。整合的方式是在 HotSpot 的基础上，移植 JRockit 的优秀特性

高斯林：目前就职于谷歌，研究人工智能和水下机器人

IBM J9

全称：IBM Technology for Java Virtual Machine，简称 IT4J，内部代号：J9

市场定位与 HotSpot 接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM

广泛用于IBM的各种Java产品

目前，有影响力的三大商用虚拟机之一，也号称是世界上最快的Java虚拟机（但只是在 IBM 支持的自家硬件上快，和硬件耦合高）

2017年左右，IBM 发布了开源 J9 VM，命名为 Open J9，交给 Eclipse 基金会管理，也称为 Eclipse Open J9

KVM和CDC / CLDC Hotspot

Oracle 在 Java ME 产品线上的两款虚拟机为：CDC / CLDC HotSpot Implementation VM

KVM（Kilobyte）是CLDC-HI早期产品

目前移动领域地位尴尬，智能机被Android 和 IOS 二分天下

KVM 简单、轻量、高度可移植，面向更低端的设备上还维持自己的一片市场

  • 智能控制器、传感器
  • 老人手机、经济欠发达地区的功能手机

所有的虚拟机的原则：一次编译，到处运行

Azul VM

  • 前面三大“高性能 Java 虚拟机”使用在通用硬件平台上

  • 这里 Azul VM 和 BEA Liquid VM 是与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机（与硬件耦合）

    高性能Java虚拟机中的战斗机

  • Azul VM 是 Azul Systems 公司在 HotSpot 基础上进行大量改进，运行于 Azul Systems 公司的专有硬件 Vega 系统上的 Java 虚拟机
  • 每个 Azul VM 实例都可以管理至少数十个 CPU 和数百 GB 内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的 GC 时间的垃圾收集器、专有硬件优化的线程调度等优秀特性
  • 2010年，Azul Systems 公司开始从硬件转向软件，发布了自己的 Zing JVM，可以在通用 x86 平台上提供接近于 Vega 系统的特性

Liquid VM

  • 高性能Java虚拟机中的战斗机
  • BEA 公司开发的，直接运行在自家 Hypervisor 系统上
  • Liquid VM 即是现在的 JRockit VE（Virtual Edition）可以理解为是 JRockit 的一个虚拟化版本。Liquid VM 不需要操作系统的支持，或者说它自己本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等
  • 随着 JRockit 虚拟机终止开发，Liquid VM 项目也停止了

Apache Marmony

  • Apache 也曾经推出过与 JDK1.5 和 JDK1.6 兼容的 Java 运行平台 Apache Harmony
  • 它是 IBM 和 Intel 联合开发的开源JVM，受到同样开源的openJDK的压制，Sun 坚决不让 Harmony 获得 JCP 认证，最终于2011年退役，IBM 转而参与 OpenJDK
  • 虽然目前并没有 Apache Harmony 被大规模商用的案例，但是它的Java类库代码吸纳进了Android SDK

Micorsoft JVM

  • 微软为了在 IE3 浏览器中支持 Java Applets，开发了 Microsoft JVM
  • 只能在 Window平台下运行。但确是当时 Windows 下性能最好的 Java VM
  • 1997年，Sun以侵犯商标、不正当竞争罪名指控微软成功，赔了 Sun 很多钱。微软 Windows XP SP3中抹掉了其 VM。现在 Windows 上安装的 JDK 都是HotSpot

SUN 公司最强法务，不愧是你 ！！！

Taobao JVM

  • 由 Ali JVM 团队发布。阿里，国内使用 Java 最强大的公司，覆盖云计算、金融、物流、电商等众多领域，需要解决高并发、高可用、分布式的复合问题，有大量的开源产品
  • 基于 OpenJDK 开发了自己的定制版本AlibabaJDK，简称AJDK。是整个阿里Java体系的基石

  • 基于 OpenJDK Hotspot VM 发布的国内第一个优化、深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机

    创新的 GCIH（GCinvisible heap）技术实现了 off-heap，即将生命周期较长的 Java 对象从 heap 中移到 heap 之外，并且G C 不能管理 GCIH 内部的 Java 对象，以此达到降低 GC 的回收频率和提升 GC 的回收效率的目的

    GCIH 中的对象还能够在多个 Java 虚拟机进程中实现共享

    使用 crc32 指令实现 JVM intrinsic 降低 JNI 的调用开销

    PMU hardware 的 Java profiling tool 和诊断协助功能

    针对大数据场景的 ZenGC

  • Taobao vm 应用在阿里产品上性能高，硬件严重依赖 Intel 的 cpu，损失了兼容性，但提高了性能

目前已经在淘宝、天猫上线，把 Oracle 官方JVM 版本全部替换了

Dalvik VM

  • 谷歌开发的，应用 于Android 系统，并在 Android2.2 中提供了 JIT，发展迅猛。
  • Dalvik VM 只能称作虚拟机，而不能称作 “Java 虚拟机” ，它没有遵循 Java 虚拟机规范
  • 不能直接执行 Java 的 Class 文件
  • 基于寄存器架构，不是 jvm 的栈架构

  • 执行的是编译以后的dex（Dalvik Executable）文件，执行效率比较高

    它执行的 dex（Dalvik Executable）文件可以通过 class 文件转化而来，使用Java语法编写应用程序，可以直接使用大部分的 Java API 等

  • Android 5.0 使用支持提前编译（Ahead of Time Compilation，AOT）的 ART VM 替换 Dalvik VM

Graal VM

  • 2018年4月，Oracle Labs 公开了 Graal VM，号称 "Run Programs Faster Anywhere" ，勃勃野心。与1995年 Java 的 ”write once，run anywhere" 遥相呼应。
  • Graal VM 在 HotSpot VM 基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言” 的运行平台使用。语言包括：Java、Scala、Groovy、Kotlin；C、C++、Javascript、Ruby、Python、R等
  • 支持不同语言中混用对方的接口和对象，支持这些语言使用已经编写好的本地库文件
  • 工作原理是将这些语言的源代码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被 Graal VM 接受的中间表示。Graal VM 提供 Truffle 工具集快速构建面向一种新语言的解释器（这种语言与物理机相对应的虚拟机，与物理硬件的指令集比较一致，做到了与具体的机器特性相关了，而不与具体的语言相关）。在运行时还能进行即时编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率
  • 如果说 HotSpot 有一天真的被取代，Graal VM 希望最大。但是 Java 的软件生态没有丝毫变化，开发工程师在上层开发可能是毫无知觉的，只是悄悄的把底层的虚拟机换掉了而已

总结

具体 JVM 的内存结构，其实取决于其实现，不同厂商的 JVM，或者同一厂商发布的不同版本，都有可能存在一定差异

现在主要以 Oracle HotSpot VM 为默认虚拟机

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