图解JVM整体结构、执行流程以及两种架构模型，你学会了吗？
图解JVM整体结构、执行流程以及两种架构模型，你学会了吗？
作者：Android开发Alvin老师 2021-10-26 17:26:46
云计算
虚拟化 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。
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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;)V
- flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
- Code:
- stack=2, locals=4, args_size=1
- 0: iconst_2
- 1: istore_1
- 2: iconst_3
- 3: istore_2
- 4: iload_1
- 5: iload_2
- 6: iadd
- 7: istore_3
- 8: return
- LineNumberTable:
- line 9: 0
- line 10: 2
- line 11: 4
- line 12: 8
- LocalVariableTable:
- Start Length Slot Name Signature
- 0 9 0 args [Ljava/lang/String;
- 2 7 1 i I
- 4 5 2 j I
- 8 1 3 k I
总结
由于跨平台性的设计，Java 的指令都是根据栈来设计的。
不同平台 CPU 架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。
优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现
缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
时至今日，尽管嵌入式平台已经不是 Java 程序的主流运行平台了(准确来说应该是 HotSpotVM 的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了)，那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢?
总结：因为已经够用了
栈
跨平台性
指令集小
指令多
执行性能比寄存器差
本文题目：图解JVM整体结构、执行流程以及两种架构模型，你学会了吗？
新闻来源：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news40/293690.html
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