Java虚拟机（一）：JVM简介

朝雨忆轻尘

发布于 2019-06-19 15:21:26

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发布于 2019-06-19 15:21:26

JVM简介

Java虚拟机(JVM)是由Java虚拟机规范定义的，其上运行的是字节码指令集。这种字节码指令集包含一个字节的操作码(opcode)，零至多个操作数(oprand)，虚拟机规范明确定义了每种字节码指令完成的功能是什么以及需要多少个操作数。Java虚拟机上运行的class文件，这个文件中包含字节码指令流以及类定义的信息，所以Java虚拟机规范还定义了class文件的格式(精确到每个字节)。所以实现Java虚拟机的两个要素是字节码指令集和class文件格式，Java虚拟机的实现者只要以正确方式读取class文件中的每一条字节码指令，并按照要求实现字节码指令的功能就可以实现JVM。

目前常用的商用JVM主要有：Sun HotSpot，BEA JRocket以及IBM J9。其中由于BEA和Sun已经被Oracle收购，所以Oracle拥有当今世界上最流行的两个JVM，并有传言说Oracle将在Java8时将两个虚拟机合并，各取所需，取长补短，打造一个更加精湛的JVM。HotSpot会以解释+即时编译执行代码，HotSpot在解释执行字节码的时候，会探测热点(hotspot)代码，然后将这部分代码编译为本地代码，之后将直接运行本地代码，而不是解释，这样会有效提高虚拟机性能。JRocket主要是定位于服务器应用，所以不关注虚拟机的启动速度，它会将所有代码即时编译为本地代码执行，JRocket的垃圾收集器具有很高的收集效率。J9定位与HotSpot类似，专注于桌面应用和服务器应用，主要是针对IBM的各种Java产品。

我们知道Java源代码，即.java文件，通过javac编译为.class文件。.class文件可以运行在JVM上，JVM底层会通过字节码解释器或者即时编译器(JIT Compiler)执行.class文件中的字节码指令。JVM是运行在操作系统之上的，操作系统又通过指令集调用底层硬件服务执行其上的各种软件。

Java是运行在JVM之上的。但是Java语言和JVM没有必然的联系。Java语言并不是只能运行在JVM之上，只要实现了相应的编译器Java语言就可以运行在任何平台之上(比如J++)，也可以被编译为本地代码直接运行在操作系统之上，比如，Linux上的GCJ(GNU Compiler for Java)就可以把Java语言编译为本地代码直接执行。同样的，JVM上也不是只能执行Java语言，只要实现了适当的编译器，将其他语言编译为JVM上的字节码，就可以在JVM上运行。比如，JRuby，Jython以及Groovy等其他JVM语言，都会通过相应的编译器或是解释器转化为.class，然后再JVM上运行。由于JVM并不关心.class文件是由Java、JRuby、Jython等转化而来，只要这个文件结构正确并能通过class文件校验。因此，由于.class文件屏蔽了Java、JRuby等上层语言的差异，所以Java、Groovy等可以相互调用。

JVM种类

目前常用的商用JVM主要有：Sun HotSpot，BEA JRocket以及IBM J9。

Sun HotSpot

提起HotSpot VM，相信所有Java程序员都知道，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。

HotSpot VM的热点代码探测能力可以通过执行计数器找出最具有编译价值的代码，然后通知JIT编译器以方法为单位进行编译。如果一个方法被频繁调用，或方法中有效循环次数很多，将会分别触发标准编译和OSR（栈上替换）编译动作。通过编译器与解释器恰当地协同工作，可以在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡，而且无须等待本地代码输出才能执行程序，即时编译的时间压力也相对减小，这样有助于引入更多的代码优化技术，输出质量更高的本地代码。

在2006年的JavaOne大会上，Sun公司宣布最终会把Java开源，并在随后的一年，陆续将JDK的各个部分（其中当然也包括了HotSpot VM）在GPL协议下公开了源码，并在此基础上建立了OpenJDK。这样，HotSpot VM便成为了Sun JDK和OpenJDK两个实现极度接近的JDK项目的共同虚拟机。

在2008年和2009年，Oracle公司分别收购了BEA公司和Sun公司，这样Oracle就同时拥有了两款优秀的Java虚拟机：JRockit VM和HotSpot VM。 Oracle公司宣布在不久的将来（大约应在发布JDK 8的时候）会完成这两款虚拟机的整合工作，使之优势互补。整合的方式大致上是在HotSpot的基础上，移植JRockit的优秀特性，譬如使用JRockit的垃圾回收器与MissionControl服务，使用HotSpot的JIT编译器与混合的运行时系统。

BEA JRocket

BEA JRockit 旨在驱动要求极高的服务器端 Java 应用，以便为企业应用提供极高的性能、可管理性和可靠性。Oracle JRockit （原来的 Bea JRockit）系列产品是一个全面的Java运行时解决方案组合，包括了行业最快的标准Java解决方案。大量的行业基准测试显示，基本JRockit JVM是世界上最快的JVM。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，适合财务前端办公、军事指挥与控制和电信网络的需要。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%）。JRocket主要是定位于服务器应用，所以不关注虚拟机的启动速度，它会将所有代码即时编译为本地代码执行，JRocket的垃圾收集器具有很高的收集效率。