Java虚拟机

1 Java虚拟机

• 概念：Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机，拥有独立的运行机制。
• 特点：跨平台性、优秀的垃圾回收器和可靠的即时编译器。
• 作用：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械指令执行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎样取操作数，怎样处理操作数，处理结果放在哪里等。
• 位置：运行在操作系统之上，与硬件没有直接的交互。
  

2 JVM的整体结构

• HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
• HotSpot 采用解释器与即时编译器并行的架构。
  

3 Java代码执行流程

4 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，另一种 指令集架构是基于寄存器的指令集架构。

基于栈式架构的特点

• 设计和实现更简单，使用于资源受限的系统。
• 避开了寄存器分配难题：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。
• 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，而基于栈的指令集却是以零地址指令为主。

由于跨平台的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。优点是跨平台、指令集小和编译容易实现。缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

5 JVM的生命周期

虚拟机的启动

Java虚拟机的启动时通过引导类加载器（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。

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，程序结束时他就停止。
• 执行一个所谓的Java程序的时候，执行的是Java虚拟机的进程。

虚拟机的退出

• 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，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 Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况。