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图解JVM整体结构、执行流程以及2种架构模型，你学会了吗？

news 2024/12/25 4:08:31

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。
方法区和堆：多线程共享
虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器：每个线程独有一份
执行引擎：包含三部分：解释器，及时编译器（后端编译器），垃圾回收器
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。

Java 代码执行流程

只是能生成被 Java 虚拟机所能解释的字节码文件，那么理论上就可以自己设计一套代码了

解释器：保证相应时间，负责解释执行的速度

JIT编译器：负责编译的性能，针对字节码指令，热点代码，放在方法区缓存起来，下次遇见直接变成二进制指令

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

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

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

举例

同样执行2+3这种逻辑操作，其指令分别如下：

基于栈的计算流程（以Java虚拟机为例）：

iconst_2 // 常量2入栈
istore_1
iconst_3 // 常量3入栈
istore_2
iload_1
iload_2
iadd    //常量2/3出栈，执行相加
istore_0 // 结果5入栈

而基于寄存器的计算流程

mov eax,2 //将eax寄存器的值设为
1add eax,3 //使eax寄存器的值加3

字节码反编译

我们编写一个简单的代码，然后查看一下字节码的反编译后的结果

public class StackStruTest {public static void main(String[] args) {int i = 2 + 3;}
}

然后我们找到编译后的 class 文件，使用下列命令进行反编译

javap -v(verbose) StackStruTest.class

得到的文件为:

public static void main(java.lang.String[]);descriptor: ([Ljava/lang/String;)Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=4, args_size=10: iconst_21: istore_12: iconst_33: istore_24: iload_15: iload_26: iadd7: istore_38: returnLineNumberTable:line 9: 0line 10: 2line 11: 4line 12: 8LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0       9     0  args   [Ljava/lang/String;2       7     1     i   I4       5     2     j   I8       1     3     k   I