JVM简介
虚拟机简介
所谓虚拟机（Virtual Machine），就是一台虚拟的计算机。是一个软件，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。
像Visual Box，VMware就属于系统虚拟机，他们是对物理机的仿真，提供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虚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。
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。
作用
Java虚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。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细的定义。
特点
一次编译到处运行
自动内存管理
自动垃圾回收
JVM的位置
JVM的整体结构
JVM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。
具体来说这两种架构之间的区别:
- 基于栈式架构的特点
设计和实现更简单，适用于资源受限的系统；
避开了寄存器的分配难题: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虛拟机。
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。
在大部分情况下，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，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主。方难学的扎大
总结：
由于跨平台性的设计，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，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
时至今日，尽管嵌入式平台已经不是Java程序的主流运行平台了(准确来说应该是HotspotVM的宿主环境已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?
栈优点：
跨平台性、指令集小、指令多
缺点:
执行性能比寄存器差
JVM的生命周期
虚拟机的启动
Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(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。
●程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止。
●执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是- -个叫做Java虛拟机的进程。
虚拟机的退出
有如下的几种情况：
●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exit或halt操作。
●除此之外，JNI ( Java Native Inter face)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虛 拟机时，Java 虚拟机的退出情况。
JVM发展历程
Sun Classic VM
●早在1996年Javal . 0版本的时候，Sun公司发布了- -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， JDK1. 4时完全被淘汰。
●这款虚拟机内部只提供解释器。
●如果使用JIT编译器，就需要进行外挂。但是- - 旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作。
●现在hotspot内置了此虚拟机。
Exact VM
●为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时， sun提供了此虚拟机。
●Exact Memory Management: 准确式内存管理
➢也可以叫Non-Conservative/ Accurate Memory Management
➢虚拟机可以知道内存中某个位置的数据具体是什么类型。
●具备现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平台短暂使用，其他平台上还是classic vm
➢英雄气短，终被Hotspot虚拟机替换
SUN公司的HotSpot VM
●HotSpot历史
➢最初由一-家名为“Longview Technologies”的小公司设计
➢1997年，此公司被Sun收购; 2009年， Sun公司被甲骨文收购。
➢JDK1.3时， HotSpot VM成为默认虚拟机
●目前Hotspot占有绝对的市场地位， 称霸武林。
➢不管是现在仍在广泛使用的JDK6，还是使用比例较多的JDK8中，默认的虚拟机都是HotSpot
➢Sun/Oracle JDK 和OpenJDK的默认虚拟机
➢因此本课程中默认介绍的虛拟机都是Hotspot，相关机制也主要是指HotSpot的GC机制。(比如其他两个商用虚拟机都没有方法区的概念)
●从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。
●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，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡
BEA的JRockit
● 专注于服务器端应用
➢它可以不太关注程序启动速度，因此JRockit内部不包含解析器实现，全部代码都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。
➢使用JRockit产品， 客户已经体验到了显著的性能提高(- -些超过了70号)和硬件成本的减少(达50号)。
● 优势:全面的Java运行时解决方案组合
➢JRockit而 向延迟敏感型应用的解决方案JRockit Real Time提供以亳秒或微秒级的JVM响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需要
➢MissionControl服务 套件，它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产环境中的应用程序的工具。
2008年，BEA被Oracle收购。
● Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK 8中完成。整合的方式是在Hotspot的基础上，移植JRockit的优秀特性。
高斯林:目前就职于谷歌，研究人工智能和水下机器人
IBM的J9
●全称: IBM Technology for Java Virtual Machine，简称IT4J，内部代号: J9
●市场定位与Hotspot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途VM广泛用于IBM的各种Java产品。
●目前，有影响力的三大商用服务器之-一， 也号称是世界上最快的Java虚拟机。
●2017年左右，IBM发布了开源J9 VM， 命名为openJ9， 交给Eclipse基金会管理，也称为Ecilpse openJ9
KVM和CDC/CLDC Hotspot
●Oracle在Java ME产品线上的两款虚拟机为: CDC/CLDC Hotspot Implementation VM
●KVM (Kilobyte) 是CLDC-HI早期产品
●目前移动领域地位尴尬，智能手机被Android和i0s_二分天下。
●KVM简单、 轻量、高度可移植，面向更低端的设备上还维持自己的一片市场
➢智能控制器、传感器
➢老人手机、经济欠发达地区的功能手机
●所有的虚拟机的原则: - 次编译，到处运行。
Azul VM
●前而三大“高性能Java虚拟机”使用在通用硬件平台上
●这里Azul VM和BEA Liquid VM是与特定硬件平台绑定、软硬件配合的专有虚拟机
➢高性能Java虚拟机中的战斗机。
●Azul VM是Azul systems公司在Hotspot基础上进行大量改进，运行于Azul Systems公 司的专有硬件Vega系统上的Java虚拟机。
●每个Azul VM实例都可以管理至少数十个CPU和数百GB内存的硬件资源，并提供在巨大内存范围内实现可控的GC时间的垃圾收集器、专有硬件优化的线程调度等优秀特性。
●2010年，Azul systems公司开始从硬件转向软件，发布了自己的Zing JVM，可以在通用x86平台上提供接近于Vega系统的特性。
Liquid VM
●高性能Java虚拟机中的战斗机。
●BEA公司开发的，直接运行在自家Hypervisor系统上
●Liquid VM即是现在的JRockit VE (Virtual Edition) , Liquid VM不需要操作系统的支持，或者说它自己本身实现了一个专用操作系统的必要功能，如线程调度、文件系统、网络支持等。
●随着JRockit虚拟机终止开发，Liquid VM项目也停止了。
Apache Harmony
●Apache也 曾经推出过与JDK 1. 5和JDK 1. 6兼容的Java运行平台Apache Ha rmony。
●它是IBM和Inte1联合开发的开源JVM，受到同样开源的OpenJDK的压制,Sun坚决不让Harmony获得JCP认证，最终于2011年退役，IBM转而参与OpenJDK
●虽然目前并没有Apache Harmony 被大规模商用的案例，但是它的Java类库代码吸纳进了Android SDK。
Microsoft JVM
●微软为了在IE3浏览器中支持Java Applets，开发了Microsoft JVM。
●只能在window平台 下运行。但确是当时Windows’ 下性能最好的Java VM。
●1997年， Sun以侵犯商标、不正当竞争罪名指控微软成功，赔了sun很多钱。微软在WindowsXP SP3中抹掉了其VM。现在windows.上. 安装的jdk都是HotSpot。
TaobaoJVM
●由AliJVM 团队发布。阿里，国内使用Java最强大的公司，覆盖云计算、金融、物流、电商等众多领域，需要解决高并发、 高可用、分布式的复合问题。有大量的开源产品。基于OpenJDK开发了自己的定制版本A1 ibabaJDK，简称AJDK。是整个阿里Java体系的基石。
●基于openJDK Hotspot VM发布的国内第-个优化、深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机。
➢创新的GCIH (GC invisible heap )技术实现了off-heap，即将生命周期较长的Java对象从heap中移到heap之外，并且Gc不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。
➢GCIH中的对象还能够在多个Java 虚拟机进程中实现共享
➢使用crc32 指令实现JVM intrinsic 降低JNI的调用开销
➢PMU hardware 的Java profiling tool和诊断协助功能
➢针对大数据场景的ZenGC
●taobao vm应用在阿里产品上性能高，硬件严重依赖intel1的cpu,损失了兼容性，但
提高了性能
➢目前已经在淘宝、天猫上线，把Oracle 官方JVM版本全部替换了。
Dalvik VM :
●谷歌开发的，应用于Android系统，并在Android2.2中提供了JIT，发展迅猛。
●Dalvik VM只能称作虚拟机，而不能称作“Java虚拟机”，它没有遵循Java虚拟机规范
●不能直接执行Java 的Class文件
●基于寄存器架构，不是jvm的栈架构。
●执行的是编译以后的dex (Dalvik Executable) 文件。执行效率比较高。
➢它执行的dex (Dalvik Executable) 文件可以通过Class文件转化而来，使用Java语法编写应用程序，可以直接使用大部分的Java API等。
●Android 5.0 使用支持提前编译(Ahead Of Time Compilation, AOT) 的ART VM替 换Dalvik VM。
Graal VM
●2018年4月，Oracle Labs公开了Graal VM，号称”Run Programs Faster Anywhere”， 勃勃野心。与1995年java的”write once， run anywhere “遥相呼应。
●Graal VM在Hotspot VM基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台使用。语言包括: Java、 Scala、Groovy、Kotlin; C、C++、JavaScript、Ruby、 Python、R等
●支持不同语言中混用对方的接口和对象，支持这些语言使用已经编写好的木地库文件
●工作原理是将这些语言的源代码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示。Graal VM提供Truffle工具集快速构建面向一种新语言的解释器。在运行时还能进行即时编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率。
●如果说HotSpot有- -天真的被取代，Graal VM希望最大。但是Java的软件生态没有丝毫变化。
