JVM 学习笔记 - 初识 Java 虚拟机

2017/06/10

初识 Java 虚拟机

何为虚拟机

何为虚拟机,说白了就是工作在 PC 或者移动手机操作系统之上的一款软件,有的虚拟机能完整的虚拟某个操作系统的环境比如 VMWare,Parallels Desktop,让你能在 Mac 系统上使用 Windows,Windows 系统里面使用 Linux。而有的虚拟机呢,则用来解释执行某个计算机程序,让你无关它的底层实现,你只需要关注上层如何使用它提供的编程套件就好,正所谓:一次编译,到处运行,比如 Java 虚拟机。


平台无关性的 class 文件

Java 之所以能做到跨平台执行,主要的功劳归于 Java 虚拟机,当我们编写 Java 程序时,通过调用 JDK 提供的API来实现我们的需求,当编译程序时,Java 编译器将 Java 文件翻译为 class 字节码文件,class 文件是一个平台无关性文件,它不拘束于某个特定平台,也就是说,只要有虚拟机,你在 Windows 系统编译后的 class,拿到 Linux 环境照样可以执行。


Java 虚拟机的主要任务就是执行 class 文件的字节码,让 class 文件变成一个平台无关性的文件。但是问题是各个平台的底层API还是不同的,比如你用 Java IO API 编写文件读写API,在 Windows 和 Linux 底层实现文件的读写机制是不同的。这就要求 Java 虚拟机能针对不同的平台去做适配。

类装载器与执行引擎

Java 有两种方法:Java 方法和本地方法,Java 方法由 Java 编写,会被编译成字节码存储在 class 文件中,当 Java 虚拟机运行时,先使用类装载器(Class Loader)将 class 文件装载到虚拟机内。而本地方法和平台有关,使用其他语言开发,比如C,C++,编写,被编译成和处理器相关的机器代码。本地方法保存在动态链接库中,当然根据不同的平台会有不同的格式。当程序运行时,Java 虚拟机的执行引擎会扮演调度者的角色,调用和平台相关的本地方法。


Java 体系结构

Java 虚拟机在运行 Java 程序时,使用类装载器装载 class 文件,然后执行引擎使用本地方法连接底层操作系统,这个过程需要存储结构的支持,这部分被称为运行时数据区,运行时数据区又被细划分为:方法区,堆,虚拟机栈,本地方法栈,程序计数器。


The Beginning

Java 以虚拟机为中介,横行在各大操作系统平台,比如 Windows, Linux, Android 等等,如果单纯的说 Java 虚拟机这个概念,它只是一种抽象的规范,它规范了每个实现者必须实现的特性,但是又会给实现者留下多种选择,比如说 JRockit, HotSpot等,就目前来说 HotSpot 占绝对的市场地位。

作为 Android 开发者,我们感觉最亲切的当然是 Dalvik 和 ART 虚拟机,但 Dalvik VM 并不是一个 Java 虚拟机,因为它没有遵循 Java 虚拟机规范,它执行的是 dex 文件而非 class 文件.而且它使用的是寄存器架构而非 JVM 采用的栈架构. 但是它和 Java 的关系又非常紧密,有很多和 JVM 相似的结构与机制。

作为 Android 开发者来说,了解虚拟机非常有必要,在了解 Davlik 和 ART 之前,有必要了解下 JVM,特别是类加载机制和垃圾回收机制。现在市面上已经有很多分享虚拟机的书籍和资料,我将跟随前辈的脚步,一窥虚拟机的世界。

参考书籍:

《深入理解 Java 虚拟机:JVM 高级特性与最佳实践》,周志明

《Java 虚拟机规范,Java SE 8 版》,Tim Lindholm, Frank Yellin, Gilad Bracha, Alex Buckley

《实战 JVM 虚拟机: JVM 故障诊断与性能优化》,葛一鸣

《深入 Java 虚拟机》,Bill Venners

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