什么是JVM

JVM 全称是 Java Virtual Machine，中文译名 Java虚拟机。JVM 本质上是一个运行在计算机上的程序，他的职责是运行Java字节码文件。

Java源代码执行流程如下：

JVM的功能

  • 1 – 解释和运行
  • 2 – 内存管理
  • 3 – 即时编译

解释和运行

解释和运行就是对字节码文件中的指令，实时的解释成机器码，让计算机执行。字节码文件中包含了字节码指令，计算器无法直接执行，Java虚拟机会将字节码文件中的字节码指令实时地解释成机器码，机器码是计算机可以运行的指令。

内存管理

  • 自动为对象、方法等分配内存
  • 自动的垃圾回收机制，回收不再使用的对象

Java虚拟机会帮助程序员为对象分配内存，同时将不用的对象使用垃圾回收器回收掉，这是对比C和C++这些语言的一个优势。在C/C++语言中，对象的回收需要程序员手动去编写代码完成，如果遗漏了这段删除对象的代码，这个对象就会永远占用内存空间，不会再回收。所以JVM的这个功能降低了程序员编写代码的难度。即JVM会自动进行垃圾回收，不需要我们手动释放内存

即时编译

对热点代码进行优化，提升执行效率。即时编译可以说是提升Java程序性能最核心的手段。类似于操作系统的局部性原理

Java性能低的主要原因和跨平台特性

Java语言如果不做任何的优化，性能其实是不如C和C++语言的。主要原因是：

在程序运行过程中，Java虚拟机需要将字节码指令实时地解释成计算机能识别的机器码，这个过程在运行时可能会反复地执行，所以效率较低。

C和C++语言在执行过程中，只需要将源代码编译成可执行文件，就包含了计算机能识别的机器码，无需在运行过程中再实时地解释，所以性能较高。

Java为什么要选择一条执行效率比较低的方式呢？主要是为了实现跨平台的特性。Java的字节码指令，如果希望在不同平台（操作系统+硬件架构），比如在windows或者linux上运行。可以使用同一份字节码指令，交给windows和linux上的Java虚拟机进行解释，这样就可以获得不同平台上的机器码了。这样就实现了Write Once，Run Anywhere 编写一次，到处运行 的目标。

但是C/C++语言，如果要让程序在不同平台上运行，就需要将一份源代码在不同平台上分别进行编译，相对来说比较麻烦。再回到即时编译，在JDK1.1的版本中就推出了即时编译去优化对应的性能。

虚拟机在运行过程中如果发现某一个方法甚至是循环是热点代码（被非常高频调用），即时编译器会优化这段代码并将优化后的机器码保存在内存中，如果第二次再去执行这段代码。Java虚拟机会将机器码从内存中取出来直接进行调用。这样节省了一次解释的步骤，同时执行的是优化后的代码，效率较高。Java通过即时编译器获得了接近C/C++语言的性能，在某些特定的场景下甚至可以实现超越。

常见的JVM

Java虚拟机规范

  • 《Java虚拟机规范》由Oracle制定，内容主要包含了Java虚拟机在设计和实现时需要遵守的规范，主要包含class字节码文件的定义、类和接口的加载和初始化、指令集等内容。
  • 《Java虚拟机规范》是对虚拟机设计的要求，而不是对Java设计的要求，也就是说虚拟机可以运行在其他的语言比如Groovy、Scala生成的class字节码文件之上。

官网地址：https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

常见的Java虚拟机

平时我们最常用的，就是Hotspot虚拟机。

HotSpot的发展历程

初出茅庐 – 1999年4月

源自1997年收购的SmallTalk语言的虚拟机，HotSpot虚拟机初次在JDK中使用。在JDK1.2中作为附加功能存在，

JDK1.3之后作为默认的虚拟机。

野蛮生长 – 2006年12月

JDK 6发布，并在虚拟机层面做了大量的优化，这些优化对后续虚拟机的发展产生了深远的影响。

稳步前进 – 2009-2013

JDK7中首次推出了G1垃圾收集器。收购了Sun公司之后，吸纳了JRockIt虚拟机的一些设计思想，JDK8中引入了JMC等工具，去除了永久代。

百家争鸣 – 2018-2019

JDK11优化了G1垃圾收集器的性能,同时推出了ZGC新一代的垃圾回收器，JDK12推出Shenan-doah垃圾回收器。

拥抱云原生 – 2019-至今

以Hotspot为基础的GraalVM虚拟机诞生，不仅让解决了单体应用中多语言整合的难题，同时也提升了这些语言运行时的效率。极高的性能、极快的启动速度也更适用于当下的云原生架构。