JVM筆記 -- JVM經歷了什麼？

第十六封發表於2021-03-11
JVM筆記

Sun Classic VM

  • 世界上第一款商用 Java 虛擬機器，JDK1.4 已經淘汰。
  • 內部只有直譯器，可以自己外掛JIT編譯器，但是二者只能使用其一，不能配合工作。
  • hotspot 內建了該虛擬機器。

直譯器，需要逐行解釋執行，效率低下。譬如：如果迴圈兩千次，迴圈體很大，每次執行都需要解釋執行。

JIT 編譯器，除了可以直接全部即時編譯，還可以統計出那些程式碼執行頻率比較高，這部分程式碼就是熱點程式碼，JIT 編譯器會將熱點程式碼，提前編譯成為機器指令，放在方法區快取起來，下次執行到的時候，不需要解釋執行，而是直接執行機器指令。（此時的 Classic VM 還不具備熱點程式碼探測的功能，只會全部提前編譯）

即時編譯器的執行效率很高，為什麼不將它全部提前編譯好快取起來呢？

  • 全部提前編譯，首次啟動響應速度慢，會有卡頓的感覺，因為編譯需要大量時間。（主要原因）
  • 快取程式碼，需要放在方法區，佔用記憶體空間，容易溢位。
  • 翻譯成為機器指令，則這部分快取的 CodeCache 是不能夠直接跨平臺，因為不同環境的機器指令是不大一樣的，只能每次執行前就全部編譯。

Exact VM

為解決上一個虛擬機器 Classic VM 的問題(直譯器和即時編譯器只能二選一)，JDK 1.2 的時候，提出來的虛擬機器。

準確記憶體管理：Exact Memory Management，虛擬機器可以知道記憶體中的某一個位置的資料具體是什麼型別。

該虛擬機器已經初步具備了現在高效能虛擬機器的雛形：

  • 熱點程式碼探測
  • 編譯器和直譯器混合工作

遺憾的是，Exact VM 只在Solaris短暫使用，後面就被 Hotspot 代替了。

HotSpot VM

三大商用虛擬機器之一。
由小公司 “Longview Technologies” 設計，該公司 1997 年被 Sun 收購，Sun 2009 年被甲骨文收購。
JDK 1.3 HotSpot 成為預設虛擬機器，目前仍是，（JRockit和J9都沒有方法區），Hotspot在伺服器，桌面，移動端，嵌入式等都有應用。

HotSpot 名稱來源主要是熱點程式碼探測技術：

  • 通過計數器找到最具有編譯價值的程式碼，觸發即時編譯和棧上替換。
  • 編譯器和直譯器協同工作，可以在響應時間和最佳執行效能中取得平衡。直譯器負責是啟動時間，而編譯器主要是針對執行效率。

JRockit

三大商用虛擬機器之一。
BEA 公司研發的，2008年，BEA 公司被 Oracle 收購，Oracle 在JDK8 中，在 Hotspot 的基礎上，整合了 JRockit 的優秀特性。

  • 專注於服務端應用，不太關注啟動速度，內部不包含直譯器實現，全部靠即時編譯器編譯後執行。
  • 號稱世界上最快的虛擬機器，執行效能強勁。
  • 針對延遲敏感的應用也有解決方案 “JRockit Real Time”。

J9

J9是三大商用虛擬機器之一,全稱IBM Technology for Java Virtual Machine，簡稱 IT4J，內部稱“J9”。

定位和 HotSpot 差不多，號稱世界上最快（在自己IBM的機器上最快）。

2007 年，IBM 釋出了 J9 VM，命名OpenJ9，交給 Eclipse 基金會管理。

KVM和CDC/CLDC Hotspot

  • Oracle 在 Java ME 產品線上的兩款虛擬機器：CDC/CLDC Hotspot Implementation VM
  • KVM 是 CLDC-HI 早期產品
  • 主要是低端的移動端，簡單，輕量，高度可移植
    • 智慧控制器，感測器
    • 老人手機，功能機

Azul VM

是與特定的硬體平臺繫結，軟硬體結合的專用的虛擬機器，高效能Java虛擬機器中的戰鬥機。

Azul VM 是 Azul System 公司在 Hotspot 基礎上進行大量改進，執行在自家專用硬體 Vega 系統上的 Java 虛擬機器。
每一個 Azul VM 可以管理至少數十個 CPU 和數百 GB 的記憶體，而且可以在巨大記憶體範圍內實現可控的GC時間的垃圾收集器。

2010 年後，Azul System 釋出了通用平臺的 Zing 虛擬機器。

BEA Liquid VM

高效能 Java 虛擬機器中的戰鬥機，BEA公司開發，執行在自己的Hypervisor系統上。

Liquid VM 不需要作業系統的支援，可以說本身已經實現了一個專用的作業系統的必要功能，比如執行緒排程，檔案系統，網路支援等。JRockit停止開發，Liquid VM 研發也停止了。

Apache Harmony

Apache 曾經推出過 JDK 1.5, 1.6 相容的 Java 執行平臺 Apache Harmony。

由 IBM 和 Intel 聯合開發，但是 OpenJDK 壓制，並且 Sun 拒絕給予 JCP 認證，2011 年退役，其中 Java 類庫程式碼吸納進入 Android SDK中。

Microsoft VM

微軟推出的，在 IE3 中支援 Java Applets，但是 Sun公司 1997年指控微軟侵權，後續微軟抹去了 Microsoft VM。

Taobao JVM

由阿里推出，基於OpenJDK Hotspot Vm，改造，深度定製一款高效能虛擬機器。

  • 創新的 GCIH（GC invisible heap）技術，實現了 off-heap，將生命週期較長的 Java物件從heap中移動到 heap 之外，並且GC不能管理 GCIH 內部的 Java 物件，降低了 GC 的回收頻率和提高GC的回收效率。
  • GCIH 中的物件可以多個Java虛擬機器程式之間共享。
  • 使用crc32指令實現JVM intrinsic 降低JNI的呼叫開銷。
  • PMU hardware 的Java profiling tool 和診斷協助功能
  • 針對大資料場景的ZenGC

缺點：硬體嚴重依賴Intel的cpu，損失相容性。

Dalvik VM

  • 谷歌開發，應用於Android系統，並且在Android 2.2中提供了JIT。只能稱虛擬機器，而不是“Java虛擬機器”，沒有遵循Java虛擬機器規範。
  • 不能直接執行Java的class檔案。
  • 基於暫存器架構，而不是棧的架構。
  • 執行的是編譯以後的dex（dalvik Executale）檔案，執行效率比較高。dex檔案可以通過Class檔案轉化而來，使用Java語法編寫應用程式，可以直接使用大部分Java API。
  • Android 5.0 使用提前編譯（Ahead of Time Compilation,AOT）的ART VM 替換Dalvik VM。

PS：Android檔案.apk修改檔案字尾為.zip,解壓之後就是很多檔案,當然也包括.dex檔案。

Graal VM

理念：“Run Program Faster Anywhere”。

  • 在Hotspot VM基礎上增強，跨語言全棧虛擬機器，可以作為任何語言的執行平臺。
  • 支援不同語言混用介面和物件
  • 原理是將這些語言的原始碼或者中間格式，通過直譯器轉化成為一種Graal VM接受的中間格式。
  • 在執行時能夠進行即時編譯優化，獲得更優秀的執行效率。

最後：具體JVM的記憶體結構，取決於其實現，不同產商或者同一個產商的不同版本，都可能存在一定的差異。一般我們說的，是指Hotspot虛擬機器。

【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。個人寫作方向：Java原始碼解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分散式，劍指Offer，LeetCode等，認真寫好每一篇文章，不喜歡標題黨，不喜歡花裡胡哨，大多寫系列文章，不能保證我寫的都完全正確，但是我保證所寫的均經過實踐或者查詢資料。遺漏或者錯誤之處，還望指正。

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