Java虛擬機詳解(一)------簡介

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  本系列博客我們將以當前默認的主流虛擬機HotSpot 為例,詳細介紹 Java虛擬機。以 JDK1.7 為主,同時介紹與 JDK1.8 的不同之處,通過Oracle官網以及各種文獻進行整理,並加以驗證,力求保證這塊知識的正確性,完整性。

  以下是本系列博客參考的相關文檔:

  ①、JDK1.7虛擬機規範:docs.oracle.com/javase/spec…

    JDK1.8虛擬機規範:docs.oracle.com/javase/spec…

  ②、Oracle Java SE 8 產品組件:docs.oracle.com/javase/8/do…

  ③、周志明老師:《深入理解Java虛擬機:JVM高級特性與最佳實踐》

  ④、陳濤老師:《HotSpot實戰》

1、Oracle Java SE 8 產品組件

  通過上面給定的地址,我們可以看到如下這張圖:

  通常來説 Java平台標準版(Java SE)包括 Java SE開發工具包(JDK)和Java SE運行時環境(JRE)。

  JRE提供了運行以Java編程語言編寫的applet和應用程序所必需的庫,Java虛擬機和其他組件;JDK包括JRE以及編譯器和調試器等命令行開發工具,可以用來開發Java應用程序 。

  PS:JDK包含JRE,我們通常安裝JDK的同時也會安裝JRE。

2、虛擬機

  上圖的最下一行Java虛擬機是被 JRE 所包含,我們在介紹Java虛擬機時,先了解虛擬機的概念。

  所謂虛擬機,其實就是一台虛擬的機器,可以用來執行一系列虛擬的命令。大體上虛擬機可以分為兩種:系統虛擬機和程序虛擬機。

  ①、系統虛擬機:是完全對物理計算機的仿真,可以説和一台真實的PC操作系統沒什麼區別。比如常用的 Vmare 以及 Visual Box 軟件,通過這些軟件能夠模擬出具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。

  ②、程序虛擬機:專門為執行單個計算程序而產生,最典型的就是Java虛擬機,在Java虛擬機中執行字節碼文件命令。

3、Java虛擬機

  瞭解了什麼是虛擬機,我們再看什麼是 Java虛擬機。

  Java虛擬機可以看做是一台抽象的計算機,如同真實的計算機那樣,它有自己的指令集以及各種運行時內存區域,它與Java語言沒有必然的聯繫,只與特定的二進制文件——class 文件格式關聯(字節碼文件),可以通過Java語言或者其他語言編寫的程序編譯成class文件,然後在Java虛擬機上運行。Java虛擬機有以下二個特點:

  ①、語言無關

  Java虛擬機只和class文件關聯,所以只要你編寫程序的語言能夠編譯成class文件,那麼都能夠在Java虛擬機上運行。

  ②、平台無關

  Java從誕生之初就宣傳的一個口號:一次編寫,到處運行。

  也就是説Java是一個跨平台的語言,那麼Java是如何實現跨平台的呢?

  其實Java之所以跨平台是因為Java虛擬機的適配,不同的系統實現不同的Java虛擬機。Java虛擬機就相當於操作系統和應用程序之間的中介,每種平台安裝適應該平台的Java虛擬機,那麼我們編寫的程序當然能夠在任意平台運行。

4、Java虛擬機種類

  商用虛擬機:

  ①、Sun HotSpot

  該虛擬機性能優越,是 sun JDK1.3 及以後所有 sun JDK 版本默認的虛擬機,使用最為廣泛,本系列博客就是以這個虛擬機為平台進行介紹。

  ②、BEA JRockit

  JRockit 虛擬機是 BEA 公司於 2002 年從 Appeal Virtual Machines 收購獲得的虛擬機。它是一款面向服務器硬件和服務端使用場景高度優化過得虛擬機,曾經號稱是“世界上速度最快的虛擬機”。由於專注於服務端應用,它的內部不包含解析器的實現,全部代碼都靠即時編譯器編譯後執行。

  ③、IBM J9

  J9 虛擬機是 IBM 公司單獨開發的高性能虛擬機,它並不獨立出售,而是作為 IBM 公司各種產品的執行平台,IBM 把它定義為一個可以適應從嵌入式設備到大型企業級應用的、高可移植性的Java運行平台。

  ④、Sun Classic

  這個虛擬機很原始,是 JDK1.0 時代使用的Java虛擬機,是各種虛擬機的鼻祖,它的內部不存在即時編譯器,只能使用純解釋的方式運行。

  ⑤、Sun Exact

  這是 Sun 公司在 HotSpot 之外的另一個虛擬機,在 JDK1.2 時代曾短暫的投入過商用,它和 HotSpot 同時開發,但最終被 HotSpot 取代。

  ⑥、Apache Harmony

  Harmony 是 Apache 軟件基金會主導的、開源的、獨立的、實際兼容與 JDK1.5 和 JDK1.6的虛擬機實現,它間接催生了 Google Android 平台的 Dalvik 虛擬機,Android 的影響力現在有多大不用多説,目前已經是最成功的的數碼設備通用平台。但是由於它的 TCK 授權問題,直接導致 Apache 與 Oracle 的決裂,從而退出了 JCP 組成,這是近代 Java 陣營遇到的最嚴重的分裂危機。

  嵌入式虛擬機   ①、Dalvik

  Dalvik 虛擬機是 Google 等廠商合作開發的 Android 移動設備平台的核心組成部分之一,它執行 dex(Dalvik Executable) 文件而不是 class 文件,使用寄存器架構而不是棧架構,但是它的開發體系與Java有着千絲萬縷的關係,可以直接使用大部分的 Java API、dex 文件可以直接從class文件轉化而來。並且在 Android 2.2 中提供了即時編譯器的實現,性能大大的提高。

  ②、KVM

  在 Android、IOS 等智能手機操作系統出現之前,曾廣泛應用於手機平台的一種虛擬機。

  ③、CDC/CLDC HotSpot

  CDC和 CLDC HotSpot 分別是 Sun 針對高端嵌入式設備和中低端嵌入式設備的虛擬機,用來代替 KVM。

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