JVM专题(一)-JVM与Java体系结构

1.Java发展的重大事件

在上世纪90 年代初，sun 公司有一个叫做Green 的项目，目的是为家用消费电子产品开发一个分布式代码系统，这样就可以对家用电器进行控制，和它们进行信息交流。詹姆斯·高斯林（James Gosling）等人基于C++开发一种新的语言Oak(Java 的前身)。Oak是一种用于网络的精巧而安全的语言。Sun 公司曾依此投标一个交互式电视项目，但结果是被SGI打败，Sun 打算抛弃Oak。随着互联网的发展，Sun 看到了Oak 在计算机网络上的广阔应用前景，于是改造Oak，在1995 年5 月以“Java”的名称正式发布，从此Java走上繁荣之路。当然提到Java 历史，不得不提的一个故事就是Java 的命名。开始“Oak”的命名是以项目小组办公室外的树而得名，但是Oak 商标被其他公司注册了，必须另外取一个名字，传说有一天，几位Java 成员组的会员正在讨论给这个新的语言取什么名字，当时他们正在咖啡馆喝着Java(爪哇)咖啡，有一个人灵机一动说就叫Java 怎样，得到了其他人的赞同，于是，Java这个名字就这样传开了。当然对于传说，了解一下就好了，不必过于认真。

• 1990年，在Sun计算机公司中，由Patrick Naughton、MikeSheridan及James Gosling 领导的小组Green Team， 开发出的新的程序语言，命名为0ak，后期命名为Java.
• 1995年，Sun正式发布Java和HotJava产品，Java 首次公开亮相。
• 1996年1月23日Sun Microsystems发布了JDK 1.0。
• 1998年，JDK 1.2版本发布。同时，Sun发布了JSP/Servlet、 EJB规范，以及将Java分成了J2EE、 J2SE和J2ME。这表明 了Java开始向 企业、桌面应用和移.动设备应用3大领域挺进。
• 2000年，JDK 1.3发布，Java HotSpot Virtual Machine正式发布，成为Java的默认虚拟机。
• 2002年，JDK 1.4发布，古老的Classic虛拟机退出历史舞台。
• 2003年年底，Java平台的Scala正式发布，同年Groovy也加入了Java|阵营。
• 2004年，JDK 1.5发布。同时JDK 1. 5改名为JavaSE 5.0。
• 2006年，JDK 6发布。同年，Java开源并建立了OpenJDK。 顺理成章，Hotspot虚拟机也成为了OpenJDK中 的默认虛拟机。
• 2007年，Java平 台迎来了新伙伴Clqjure。
• 2008年，Oracle收购了BEA， 得到了JRockit 虚拟机。
• 2009年，Twitter宣布把后台大部分程序从Ruby迁移到scala，这是Java平台的又一次.大规模应用。
• 2010年，Oracle收购了Sun，获得Java商标和最具价值的HotSpot虚拟机。此时，Oracle拥有市场占用率最高的两款虛拟机HotSpot和JRockit，并计划在未来对它们进行整合: HotRockit .
• 2011年，JDK7发布。在JDK 1. 7u4中，正式启用了新的垃圾回收器G1。
• 2017年，JDK9发布。将G1设置为默认GC，替代CMS
  同年，IBM的J9开源，形成了现在的Open J9社区
• 2018年，Android的Java侵权案判决，Google赔偿Oracle计88亿美元
  同年，Oracle宣告JavaEE成为历史名词，JDBC、JMS、Servlet赠 予Eclipse基金会
  同年，JDK11发布，LTs版本的JDK，发布革命性的ZGC，调整JDK授权许可
• 2019年，JDK12发布，加入RedHat领导开发的Shenandoah GC
  

2.虚拟机与Java虚拟机

2.1.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虛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。

2.2.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Java虚拟机内部。

Java虛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虛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

2.3.Jvm的位置

2.4.JVM、JRE、JDK

JVM、JRE、JDK 的关系如下图所示

3.学习 JVM 有什么用？

• 面试必备
• 中高级程序员必备
• 想走的长远，就需要懂原理，比如：自动装箱、自动拆箱是怎么实现的，反射是怎么实现的，垃圾回收机制是怎么回事等待，JVM 是必须掌握的。

4.常见的JVM种类

4.1.HotSpot VM

HotSpot VM是绝对的主流。大家用它的时候很可能就没想过还有别的选择，或者是为了迁就依赖了Oracle/Sun JDK某些具体实现的烂代码而选择用HotSpot VM省点心。
Oracle / Sun JDK、OpenJDK的各种变种（例如IcedTea、Zulu），用的都是相同核心的HotSpot VM。当大家说起“Java性能如何如何”、“Java有多少种GC”、“JVM如何调优”云云，经常默认说的就是特指HotSpot VM。可见其“主流性”。

JDK8的HotSpot VM已经是以前的HotSpot VM与JRockit VM的合并版，也就是传说中的“HotRockit”，只是产品里名字还是叫HotSpot VM。

这个合并并不是要把JRockit的部分代码插进HotSpot里，而是把前者一些有价值的功能在后者里重新实现一遍。移除PermGen、Java Flight Recorder、jcmd等都属于合并项目的一部分不过要留意的是，这里的HotSpot VM特指“正常配置”版，而不包括“Zero / Shark”版。

Wikipedia那个页面上把后者称为“Zero Port”。用这个版本的人应该相当少，很多时候它的release版都build不成功

4.2.J9 VM

J9是IBM开发的一个高度模块化的JVM。在许多平台上，IBM J9 VM都只能跟IBM产品一起使用。这不是技术限制，而是许可证限制。例如说在Windows上IBM JDK不是免费公开的，而是要跟IBM其它产品一起捆绑发布的；使用IBM Rational、IBM WebSphere的话都有机会用到J9VM（也可以自己选择配置使用别的Java SE JVM）。

根据许可证，这种捆绑在产品里的J9 VM不应该用于运行别的Java程序…大家有没有自己“偷偷的”拿来跑别的程序IBM也没力气管（咳咳而在一些IBM的硬件平台上，很少客户是只买硬件不买配套软件的，IBM给一整套解决方案，里面可能就包括了IBM JDK。这样自然而然就用上了J9 VM。所以J9 VM得算在主流里，虽然很少是大家主动选择的首选。J9 VM的性能水平大致跟HotSpot VM是一个档次的。有时HotSpot快些，有时J9快些。不过J9 VM有一些HotSpot VM在JDK8还不支持的功能，最显著的一个就是J9支持AOT编译和更强大的class data sharing.

4.3.J9JRockit

JRockit以前Java SE的主流JVM中还有JRockit，跟HotSpot与J9一起并称三大主流JVM。
这三家的性能水平基本都在一个水平上，竞争很激烈。

自从Oracle把BEA和Sun都收购了之后，Java SE JVM只能二选一，JRockit就炮灰了。

JRockit最后发布的大版本是R28，只到JDK6；原本在开发中的R29及JDK7的对应功能都没来得及完成项目就被终止了。

我们主要学习的是 HotSpot 版本的虚拟机。

5.学习路线

• ClassLoader：Java 代码编译成二进制后，会经过类加载器，这样才能加载到 JVM 中运行。
• Method Area：类是放在方法区中。
• Heap：类的实例对象。
• 当类调用方法时，会用到 JVM Stack、PC Register、本地方法栈。
• 方法执行时的每行代码是有执行引擎中的解释器逐行执行，方法中的热点代码频繁调用的方法，由 JIT 编译器优化后执行，GC 会对堆中不用的对象进行回收。需要和操作系统打交道就需要使用到本地方法接口。
  

6.Java代码执行流程

• Java编译器编译过程中，任何一个节点执行失败就会造成编译失败。
• 虽然各个平台的Java虛拟机内部实现细节不尽相同，但是它们共同执行的字节码内容却是一样的。
• JVM的主要任务就是负责将字节码装载到其内部，解释/编译为对应平台.上的机器指令（即:汇编语言）执行。
• Java虚拟机使朋类加载器（Class Loader） 装载class文件。
• 类加载完成之后，会进行字节码校验，字节码校验通过之后JVM解释器会把字— 节码翻译成机器码（即:汇编语言）交由操作系统执行。
• 但不是所有代码都是解释执行的，JVM对此做了优化。比如，以Hotspot虚拟机来说，它本身提供了JIT （Just In Time）

最后

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