关于java:Java-进阶-01-5-分钟回顾一下-Java-基础知识

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Java 生态圈

Java 是目前利用最为宽泛的软件开发平台之一。随着 Java 以及 Java 社区的一直壮大，Java 也早已不再是简简单单的一门计算机语言了，它更是一个平台、一种文化、一个社区。

  • 作为一个平台：Java 虚拟机扮演着无足轻重的作用。

    • Groovy、Scala、JRuby、Kotlin 等都是 Java 平台的一部分。

  • 作为一种文化：Java 简直成为了开源的代名词

    • 第三方开源软件和框架，如，Tomcat、Struts、MyBatis、Spring 等
    • 就连 JDK 和 JVM 本身也有不少开源的实现，如 OpenJDK、Harmony
  • 作为一个社区，Java 领有全世界最多的技术拥护者和开源社区的反对，有数不清的论坛和材料。从桌面应用软件、嵌入式开发到企业级利用、后盾服务器、中间件，都能够看到 Java 的身影。其利用模式之简单、参加人数之众也令人咋舌。

Java 跨平台的语言

Java 虚拟机标准

The Java Virtual Machine is the cornerstone of the Java platform. It is the component of the technology responsible for its hardware- and operating system-independence, the small size of its compiled code, and its ability to protect users from malicious programs.

The Java Virtual Machine is an abstract computing machine. Like a real computing machine, it has an instruction set and manipulates various memory areas at run time. It is reasonably common to implement a programming language using a virtual machine; the best-known virtual machine may be the P-Code machine of UCSD Pascal.

JVM 跨语言的平台

随着 Java 7 的正式公布，Java 虚拟机的设计者们通过 JSR-292 标准根本实现在 Java 虚拟机平台上运行非 Java 语言编写的程序。

Java 虚拟机基本不关怀运行在其外部的程序到底是应用何种编程语言编写的，它只关怀“字节码”文件。也就是说，Java 虚拟机领有语言无关性，并不会单纯地与 Java 语言“一生绑定”，只有其余编程语言的编译后果满足并蕴含 Java 虚拟机的外部指令集，符号表以及其余的辅助信息，他就是一个无效的字节码文件，就可能被虚拟机所辨认并装载运行。

  • Java、C++、Rust 的区别

    • C/C++ 齐全置信而且惯着程序员，让大家自行治理内存，能够编写很自在的代码，但一 不小心就会造成内存透露等问题，导致程序解体。
    • Java/Golang 齐全不置信程序员，但也惯着程序员。所有的内存生命周期都由 JVM 运行 时对立治理。在绝大部分场景下，你能够十分自在的写代码，而且不必关怀内存到底是 什么状况。内存应用有问题的时候，咱们能够通过 JVM 来进行信息相干的剖析诊断和 调整。这也是本课程的指标。
    • Rust 语言选择既不置信程序员，也不惯着程序员。让你在写代码的时候，必须分明明确 的用 Rust 的规定治理好你的变量，好让机器能明确高效地剖析和治理内存。然而这样 会导致代码不利于人的了解，写代码很不自在，学习老本也很高。

多语言混合编程

Java 平台上的多语言混合编程正在成为支流，通过特定畛域的语言去解决特定畛域的问题是以后软件开发应答日趋简单的我的项目需要的一个方向。

试想一下，在一个我的项目之中，并行处理应用 Clojure 语言编写，展现层应用 JRuby/Rails，中间层则是 Java，每个应用层都将应用不同的编程语言来实现，而且，接口对每一层开发者都是通明的，各种语言之间的交互不存在任何艰难，就像应用本人语言的原生 API 一样不便，因为他们最终都运行在一个虚拟机之上。

对于这些运行在虚拟机之上、Java 语言之外的语言，来自零碎级的、底层的反对正在迅速加强，以 JSR-292 为外围的一系列我的项目和性能改良（如，Davinci Machine 我的项目、Nashorn 引擎、InvokeDynamic 指令、java.lang.invoke 包等），推动 Java 虚拟机从 Java 语言的虚拟机向多语言虚拟机倒退。

两种架构

Java 编译器输出的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。

具体来说两种架构之间的区别：

  • 基于栈式架构的特点

    • 设计和实现更简略，实用于资源受限的零碎；
    • 避开了寄存器的调配难题：应用零地址指令形式调配；
    • 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数。指令集更小，编译器容易实现；
    • 不须要硬件反对，可移植性更好，更好实现跨平台。

  • 基于寄存器架构的特点

    • 典型的利用是 x86 的二进制指令集：比方传统的 PC 以及 Android 的 Davlik 虚拟机；
    • 指令集架构则齐全依赖硬件，可移植性差；
    • 性能优良和执行更高效；
    • 破费更少的指令去实现一项操作；
    • 在大部分状况下，基于寄存器架构的指令集往往都是一地址指令、二地址指令和三地址指令为主，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。

举例

同样执行 2+3 这种逻辑操作，其指令别离如下：

基于栈的计算流程（以 Java 虚拟机为例）：

iconst_2 // 常量 2 入栈
istore_1
iconst_3 // 常量 3 入栈
istore_2
iload_1
iload_2
iadd     // 常量 2、3 出栈，执行相加
istore_0 // 后果 5 入栈

而基于寄存器的计算流程 

mov eax,2  // 将 eax 寄存器的值设置为 2
mov eax,3  // 使 eax 寄存器的值加 3

代码演示一下 

public class StackStruTest {public static void main(String[] a) {int i = 2 + 3;}
}
cd chapter_01
javac StackStruTest.java
javap -v StackStruTest
Classfile /Users/yonghong/Coding/jvm/song/chapter_01/StackStruTest.class
  Last modified 2020-11-17; size 277 bytes
  MD5 checksum 9a7da6f68b8101238c5ab826d90154c5
  Compiled from "StackStruTest.java"
public class StackStruTest
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#12         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #13            // StackStruTest
   #3 = Class              #14            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               <init>
   #5 = Utf8               ()V
   #6 = Utf8               Code
   #7 = Utf8               LineNumberTable
   #8 = Utf8               main
   #9 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #10 = Utf8               SourceFile
  #11 = Utf8               StackStruTest.java
  #12 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V
  #13 = Utf8               StackStruTest
  #14 = Utf8               java/lang/Object
{public StackStruTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 2: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: iconst_5 // 间接返回了 5
         1: istore_1
         2: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 2
}
SourceFile: "StackStruTest.java"

因为跨平台的设计，Java 的指令都是依据栈来设计的。不同平台 CPU 架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。长处是跨平台、指令集小，编译器容易实现；毛病是性能降落，实现同样的性能须要更多的指令。

时至今日，只管嵌入式平台曾经不是 Java 程序的支流运行平台了（精确来说是 HotSpot 虚拟机的宿主环境曾经不局限于嵌入式平台了），那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢？

答：基于栈式架构的虚拟机跨平台、指令集小，编译器容易实现，在非资源受限的场景中也是能够应用的。

JVM 的生命周期

虚拟机的启动

Java 虚拟机的启动时通过疏导类加载器（bootstrap class loader）创立一个初始类（initial class）来实现的，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工作：执行 Java 程序；
  • 程序开始执行时他才运行，程序完结时他就进行；
  • 执行一个所谓的 Java 程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做 Java 虚拟机的过程。

虚拟机的退出

有如下的几种状况：

  • 程序失常执行完结；
  • 程序在执行过程中遇到了异样或谬误而异样终止；
  • 因为操作系统呈现谬误而导致 Java 虚拟机过程终止；
  • 某线程调用 Runtime 类或 System 类的 exit 办法，或 Runtime 类的 halt 办法，并且 Java 平安管理器也容许这次 exit 或者 halt 操作；
  • 除此之外，JNI（Java Native Interface）标准中形容了用 JNI Invocation API 来加载或卸载 Java 虚拟机时 Java 虚拟机的退出状况。

JVM 倒退历程

Sun Classic VM

  • 早在 1996 年 Java 1.0 版本的时候，Sun 公司公布了一款名为 Sun Classic VM 的 Java 虚拟机，它同时也是世界上第一款商用 Java 虚拟机，JDK 1.4 时齐全被淘汰。
  • 这款虚拟机外部只提供解释器。
  • 如果应用 JIT 编译器，就须要进行外挂。然而一旦应用了 JIT 编译器，JIT 就会接管虚拟机的执行零碎。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作。
  • 当初 HotSpot 内置了此虚拟机。

Exact VM

  • 为了解决上一个虚拟机问题，JDK 1.2 时，Sun 提供了此虚拟机；

  • Exact Memory Management: 精确式内存治理；

    • 也能够叫 Non-Conservative/Accurate Memory Management
    • 虚拟机能够晓得内存中某个地位的数据具体是什么类型

  • 具备古代高性能虚拟机的雏形

    • 热点探测
    • 编译器与解释器混合工作模式

  • 只在 Solaris 平台短暂应用，其余平台上还是 Classic VM

    • 英雄气短，终被 HotSpot 虚拟机替换

HotSpot

  • HotSpot 历史

    • 最后由一家名为 Longview Technologies 的小公司设计
    • 1997 年，此公司被 Sun 收买；2009 年，Sun 公司被 Oracle 收买
    • JDK 1.3 时，HotSpot VM 成为默认虚拟机

  • 目前 HotSpot 占有相对的市场位置，称霸武林

    • 当初应用比拟多的 JDK 8、JDK 11 中默认的虚拟机是 HotSpot
    • Sun/Oracle JDk 和 OpenJDK 的默认虚拟机
  • 从服务端、桌面端、嵌入式都有利用

  • 名称中的 HotSpot 指的就是它的热点代码探测技术

    • 通过计数器找到最具编译价值代码，触发即时编译或栈上替换
    • 通过编译器与解释器协同工作，在最优的程序响应工夫与最佳执行性能中获得均衡

BEA 的 JRockit

  • 专一于服务器利用

    • 它能够不太关注程序启动速度，因而 JRockit 外部不蕴含解释器实现，全副代码都是靠即时编译器编译后执行

  • 大量的行业基准测试显示，JRockit JVM 是世界上最快的 JVM。

    • 应用 JRockit 产品，客户曾经体验带了显著的性能进步（一些超过了 70%）和硬件老本的缩小（达 50%）。

  • 劣势：全面的 Java 运行时解决方案组合

    • JRockit 面向提早敏感型利用的解决方案 JRockit Real Time 提供以毫秒或微秒级的 JVM 响应工夫，适宜财务，军事指挥，电信网络的须要。
    • MissionControl 服务套件，它是一组以极低的开销来监控、治理和剖析生产环境中的应用程序的工具。
  • 2008 年，BEA 被 Oracle 收买

IBM 的 J9

  • 全称：IBM Technology for Java Virtual Machine，简称 IT4J，外部代号 J9
  • 市场定位与 HotSpot 靠近，服务端、桌面利用、嵌入式等多用途 VM
  • 广泛应用于 IBM 的各种 Java 产品
  • 目前，有影响力的三大商用虚拟机之一，也号称是世界上最快的虚拟机。
  • 2017 左右，IBM 公布了开源 J9 VM，命名为 OpenJ9，交给 Eclipse 基金会治理，也称为 Eclipse OpenJ9

正文完
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发表至： java
2021-05-13
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