JVM基本组成
JDK/JRE/JVM
- JDK:全称“Java Development Kit“,Java开发工具包,提供javac编译器,jheap,jconsole等监控工具
- JRE:全称“Java Runtime Environment”,Java允许环境,提供Class Library核心类库+JVM
- JVM:全称“Java Virtual Machine”,Java虚拟机,用于运行java应用程序
Java程序执行过程
Java程序的跨平台
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我们通常把 CPU 处理器与操作系统构成的系统架构,称为计算机平台
现代的电子计算机是基于二进制设计实现,所以CPU仅能识别0、1这样的二进制信号,儿计算机程序的本质就是0、1之间的不同组合产生的机械指令,交给CPU执行,CPU为了能识别执行这些机器指令,就需要不同CPU架构和指令集来支持,不同的厂商,设计生产的CPU,CPU架构和指令集也是不同的
常见的指令集主要分为:精简指令集(RISC)和负载指令集(CISC)
在底层硬件及指令集之上,需要搭载不同的操作系统,用于支持不同的 CPU 指令集。例如: 早期的 MacOs 操作系统只支持 Power 系列的 CPU 。最新的 Macos 系统只能安装在 M1片的 CPU
Java 是一种跨平台的编程语言,主要是为了让相同的 Java 应用程序代码,不用做任何修改,可以在不同计算机系统平台上正常运行,兼容各种主流操作系统+ CPU 指令集。
静态编译器
通过JDK提供的静态编译器,将Java源文件编译成字节码文件
- 语法分析:通过空格分隔出源代码中的单词,操作符,控制符等信息,将其形成token信息流,传递给语法解析器
- 语法分析:将token信息流按照java语法规则,组装成一颗语法树
- 语义分析:对语法树进行关键字使用,类型匹配,作用域等语法检查
- 字节码:当语法分析完成后,可以生成字节码
字节码
当一个java源文件被编译后,就会按照JVM规范和字节码定义,产生一个class字节码文件,文件内容由10个固定部分组成
前4个字节非常特殊,红色框的cafe babe
是詹姆斯高斯林定义的魔法数,它的作用是标志当前文件是一个字节码文件。当JVM在进行类加载的Load阶段时,如果没有识别到该标志,就说明文件不是字节码文件或已损坏,则无法进行加载。绿色框代表当前版本号,0x34
的十进制为52,是JDK8的内部版本号,代表这个字节码文件基于JDK8编译
剩余部分中的每一个字节军代表一个字节码指令,由于每个指令的长度按照1个字节存储,所以每个指令被称为字节码(Bytecode),Java所有的字节码指令有200多个
由于纯数字的字节码指令阅读比较困难,所以JVM在字节码指令的基础上设计了一套操作码助记符,使用特殊单词来代替对应的数字指令
例如:
JVM执行方式
- JVM的主席那个方式以解释执行为主。执行过程中,JVM将每个字节码文件中的每个指令,通过解释器转换为当前平台可以识别的机器码,然后交给CPU执行
- 为了提高效率,JVM还会再运行期间,JVM会通过热点代码的统计分析,识别高频的方法调用,循环体,公共模块等,当超过阈值时,JVM会基于==JIT即使编译器(just–in–time compiler)==将热点代码转换成机器码,直接交给CPU执行,提高执行效率
- JVM解释器:程序执行的时候,解释器首先发挥作用,省去了编译器编译时间,加快程序的执行效率
- JIT编译器:在程序运行过程中,随着时间的推移,JIT慢慢发挥作用,把热点代码编译编译成本地代码后,以后执行相同的代码,既可直接交给CPU执行,带来更高的执行效率
机器在热机状态下可以承受的负载要大于冷机状态(刚启动时),弱国以热机状态时的流量进行切换,可能使处于冷机状态的服务器因无法承受浏览而假死。所以,在生产环境中发布应用,应该以分批的方式进行发布,根据机器数量划分成多个批次,每个批次的机器数大概占到整个集群的15%
故障案例:某应用在线发布新版本,采用进行分批发布,发布总批数误填携程分为两批发布。如果是热机状态,正常情况下,集群中一半的机器可以勉强支撑负载流量,但由于刚启动JVM均是解释执行,还没有进行热点代码统计和JIT动态编译,导致机器启动之后,当前1/2
发布成功的服务器马上全部宕机
类加载器
字节码必须通过类加载器,通过加载、验证、解析等校验步骤,将字节码文件中的类,加载至JVM中的运行时数据区,才能执行字节码
垃圾回收器
JVM在运行期间,通过Garbage Collctor垃圾收集器,定期对运行时数据区进行垃圾对象的回收,从而实现了内存自动管理
JVM组成结构
JVM由类加载器,运行时数据区,JVM解释器,JIT即时编译器,垃圾回收器、本地方法库等部分组成
由类加载器完成字节码文件的加载验证和解析,存储至运行时数据区,并由执行引擎中的解释器,完成字节码到机器码的解释执行。同时进行热点代码的统计分析,调用JIT即时编译器将字节码直接编译成机器码,提高执行效率。JVM运行期间的方法调用、数据对象统一存放至运行时数据区
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