山间木匠-公众号同号

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前言

大家好,我是小春哥,前面我用了10多个章节对并发编程 JUC 相关知识进行梳理,如果对 JUC知识还不了解的同学,关注我的公众号【山间木匠】从菜单底部可直达,从本篇文章开始更新 JVM 相关知识点,每一个JAVA 开发者应该都能深刻体会,多线程、并发、JVM 是难点也是痛点。

国内学习 JVM 虚拟机的人几乎是人手一本,周志明大神的“深入理解Java虚拟机”书籍。我第一次看《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第3版)》看完了就忘了,对于大部分知识仍然茫然不解。后面我在年轻人都爱的学习平台 B 站找到了不错的视频,尚硅谷2020最新版宋红康JVM教程,目前也更新 300 多集,对于小白入门 学习 JVM 很有帮助。【JVM系统学习之路】将根据 尚硅谷2020最新版宋红康JVM教程章节编写博客。

为什么学习需要 JVM

运行着的线上系统突然卡死,系统无法访问,甚至直接 OOM!

  • 想解决线上JVM GC问题,但却无从下手
  • 新项目上线,对各种 JVM 参数设置一脸茫然,直接默认,运行一段时间就挂了
  • 每次面试之前都要重新背一遍JVM的一些原理概念性的东西,然而面试官却经常问你在实际项目中如何调优VM参数,如何解决GC、OOM等问题,一脸懵逼
  • 中高级程序员必备技能
    • 项目管理、调优的需求
  • 追求极客的精神
    • 比如:垃圾回收算法、JIT(及时编译器)、底层原理

**计算器是如何识别高级语言 【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

架构师每天都在思考什么?

  • 应该如何让我的系统更快?
  • 如何避免系统出现瓶颈?
  • 参与现有系统的性能优化,重构,保证平台性能和稳定性
  • 根据业务场景和需求,决定技术方向,做技术选型
  • 能够独立架构和设计海量数据下高并发分布式解决方案,满足功能和非功能需求
  • 解决各类潜在系统风险,核心功能的架构与代码编写
  • 分析系统瓶颈,解决各种疑难杂症,性能调优等

JVM 生态圈

Java   是目前应用最为广泛的软件开发平台之一。随着 Java 以及 Java 社区的不断壮大 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 虚拟机扮演着举足轻重的作用
    • Groovy 、 Scala 、 JRuby 、 Kotlin 等都是 Java 平台的一部分
  • Java 几乎成为了“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自身也有不少开源的实现,如 openJDK 、 Harmony 。
  • 作为一个社区, Java 拥有全世界最多的技术拥护者和开源社区支持,有数不清的论坛和资料。从桌面应用软件、嵌入式开发到企业级应用、后台服务器、中间件,都可以看到   Java 的身影。其应用形式之复杂、参与人数之众多也令人咋舌。 【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

Java 发展史

从Java的第一个版本诞生到现在已经有二十余年的时间,白驹过隙,沧海桑田,转眼已过了四分之一个世纪,在图1-3所示的时间线里,我们看到JDK的版本已经发展到了JDK 13。这二十多年里诞生过无数与Java相关的产品、技术与标准。现在让我们走入时间隧道,从孕育Java语言的时代开始,再来回顾一下Java的发展轨迹和历史变迁。

【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

  • 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oak,后期命名为Java
  • 1995年,Oak语言改名为Java,并且在SunWorld大会上正式发布Java 1.0版本。Java语言第一次提出了“Write Once,Run Anywhere”的口号。
  • 1996年1月23日,JDK 1.0发布,Java语言有了第一个正式版本的运行环境。
  • 1997年2月19日,Sun公司发布了JDK 1.1。JDK 1.1版的技术代表有:JAR文件格式、JDBC、JavaBeans、RMI等。
  • 1998年,JDK迎来了一个里程碑式的重要版本,JDK1.2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,JDK1.3发布,Java HotSpot Virtual Machine正式发布,成为Java的默认虚拟机。
  • 2002年,JDK1.4发布,古老的Classic虚拟机退出历史舞台。
  • 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,JDK1.5发布。同时JDK1.5改名为JavaSE5.0。
  • 2006年,JDK6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中的默认虚拟机。
  • 2007年,Java平台迎来了新伙伴Clojure。
  • 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商标和最真价值的HotSpot虚拟机。此时,oracle拥有市场占用率最高的两款虚拟机HotSpot和JRockit,并计划在未来对它们进行整合:HotRockit
  • 2011年,JDK7发布。在JDK1.7u4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JavagE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

OpenJDK和Oracle JDK 的区别

在JDK11之前,oracleJDK 中还会存在一些 openJDK 中没有的、闭源的功能。但在 JDK11中,我们可以认为openJDK和oracleJDK代码实质上已经完全一致的程度。 【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

虚拟机与Java虚拟机

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 , Mware 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 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。 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执行。每一条 Java 指令,Java 虚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

JVM的位置

JVM是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互 【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

Java的体系结构

【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

JVM整体结构

  • HotSpot VM 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
  • 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
  • 在今天,Java程序的运行性能早已脱胎换骨,已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。 【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

> 执行引擎包含三部分:解释器,及时编译器,垃圾回收器

Java代码执行流程

【JVM系统学习之路系列】 JVM 概述篇-LMLPHP

JVM的架构模型

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虚拟机。
  • 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。

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