來了！清華學霸親碼的JVM知識詳解筆記限時分享，看完才知道差距

一 JVM生命週期

虛擬機器的啟動

Java虛擬機器的啟動是通過引導類載入器（bootstrap class loader）創建一個初始類（initial class）來完成的，這個類是由虛擬機器的具體實現指定的。

虛擬機器的執行

一個運行中的Java虛擬機器有著一個清晰的任務：執行Java程式。

程式開始執行時他才運行，程式結束時他就停止。

執行一個所謂的Java程式的時候，真真正正在執行的是一個叫做Java虛擬機器的程序。

虛擬機器的退出

有如下的幾種情況：

程式正常執行結束

程式在執行過程中遇到了異常或錯誤而異常終止

由於作業系統出現錯誤而導致Java虛擬機器程序終止

某執行緒呼叫Runtime類或system類的exit方法，或Runtime類的halt方法，並且Java安全管理器也允許這次exit或halt操作。

除此之外，JNI（Java Native Interface）規範描述了用JNI Invocation API來載入或解除安裝 Java虛擬機器時，Java虛擬機器的退出情況。

二 JVM發展歷程

Sun Classic VM

早在1996年Java1.0版本的時候，Sun公司釋出了一款名為sun classic VM的Java虛擬機器，它同時也是世界上第一款商用Java虛擬機器，JDK1.4時完全被淘汰。

這款虛擬機器內部只提供直譯器。現在還有及時編譯器，因此效率比較低，而及時編譯器會把熱點程式碼快取起來，那麼以後使用熱點程式碼的時候，效率就比較高。

如果使用JIT編譯器，就需要進行外掛。但是一旦使用了JIT編譯器，JIT就會接管虛擬機器的執行系統。直譯器就不再工作。直譯器和編譯器不能配合工作。

現在hotspot內建了此虛擬機器。

Exact VM

為了解決上一個虛擬機器問題，jdk1.2時，sun提供了此虛擬機器。 Exact Memory Management：準確式記憶體管理

也可以叫Non-Conservative/Accurate Memory Management

虛擬機器可以知道記憶體中某個位置的資料具體是什麼類型。|

具備現代高效能虛擬機器的維形

熱點探測（尋找出熱點程式碼進行快取）

編譯器與直譯器混合工作模式

只在solaris平臺短暫使用，其他平臺上還是classic vm，英雄氣短，終被Hotspot虛擬機器替換

HotSpot VM

HotSpot歷史

最初由一家名為「Longview Technologies」的小公司設計

1997年，此公司被sun收購；2009年，Sun公司被甲骨文收購。

JDK1.3時，HotSpot VM成為預設虛擬機器

目前Hotspot佔有絕對的市場地位，稱霸武林。

不管是現在仍在廣泛使用的JDK6，還是使用比例較多的JDK8中，預設的虛擬機器都是HotSpot

Sun/oracle JDK和openJDK的預設虛擬機器

因此本課程中預設介紹的虛擬機器都是HotSpot，相關機制也主要是指HotSpot的Gc機制。（比如其他兩個商用虛機都沒有方法區的概念）

從伺服器、桌面到移動端、嵌入式都有應用。

名稱中的HotSpot指的就是它的熱點程式碼探測技術。

通過計數器找到最具編譯價值程式碼，觸發即時編譯或棧上替換

通過編譯器與直譯器協同工作，在最優化的程式響應時間與最佳執行效能中取得平衡

JRockit

專注於伺服器端應用

它可以不太關注程式啟動速度，因此JRockit內部不包含解析器實現，全部程式碼都靠即時編譯器編譯後執行。

大量的行業基準測試顯示，JRockit JVM是世界上最快的JVM。

使用JRockit產品，客戶已經體驗到了顯著的效能提高（一些超過了70%）和硬體成本的減少（達50%）。

優勢：全面的Java運行時解決方案組合

JRockit面向延遲敏感型應用的解決方案JRockit Real Time提供以毫秒或微秒級的JVM響應時間，適合財務、軍事指揮、電信網路的需要

MissionControl服務套件，它是一組以極低的開銷來監控、管理和分析生產環境中的應用程式的工具。

2008年，JRockit被oracle收購。

oracle表達了整合兩大優秀虛擬機器的工作，大致在JDK8中完成。整合的方式是在HotSpot的基礎上，移植JRockit的優秀特性。

高斯林：目前就職於谷歌，研究人工智慧和水下機器人

IBM的J9

全稱：IBM Technology for Java Virtual Machine，簡稱IT4J，內部代號：J9

市場定位與HotSpot接近，伺服器端、桌面應用、嵌入式等多用途VM廣泛用於IBM的各種Java產品。

目前，有影響力的三大商用虛擬機器之一，也號稱是世界上最快的Java虛擬機器。

2017年左右，IBM釋出了開源J9VM，命名為openJ9，交給EClipse基金會管理，也稱為Eclipse OpenJ9

OpenJDK -> 是JDK開源了，包括了虛擬機器

KVM和CDC / CLDC Hotspot

oracle在Java ME產品線上的兩款虛擬機器為：CDC/CLDC HotSpot Implementation VM KVM（Kilobyte）是CLDC-HI早期產品目前移動領域地位尷尬，智慧機被Angroid和ioS二分天下。

KVM簡單、輕量、高度可移植，面向更低端的裝置上還維持自己的一片市場

智慧控制器、感測器

老人手機、經濟欠發達地區的功能手機

所有的虛擬機器的原則：一次編譯，到處運行。

Azul VM

前面三大「高效能Java虛擬機器」使用在通用硬體平臺上這裡Azu1VW和BEALiquid VM是與特定硬體平臺繫結、軟硬體配合的專有虛擬機器I

高效能Java虛擬機器中的戰鬥機。

Azul VM是Azu1Systems公司在HotSpot基礎上進行大量改進，運行於Azul Systems公司的專有硬體Vega系統上的ava虛擬機器。

每個Azu1VM例項都可以管理至少數十個CPU和數百GB記憶體的硬體資源，並提供在巨大記憶體範圍內實現可控的GC時間的垃圾收集器、專有硬體優化的執行緒排程等優秀特性。

2010年，AzulSystems公司開始從硬體轉向軟體，釋出了自己的zing JVM，可以在通用x86平臺上提供接近於Vega系統的特性。

Liquid VM

高效能Java虛擬機器中的戰鬥機。

BEA公司開發的，直接運行在自家Hypervisor系統上Liquid VM即是現在的JRockit VE（Virtual Edition），

Liquid VM不需要作業系統的支援，或者說它自己本身實現了一個專用作業系統的必要功能，如執行緒排程、檔案系統、網路支援等。

隨著JRockit虛擬機器終止開發，Liquid vM項目也停止了。

Apache Marmony

Apache也曾經推出過與JDK1.5和JDK1.6相容的Java運行平臺Apache Harmony。

它是IElf和Inte1聯合開發的開源JVM，受到同樣開源的openJDK的壓制，Sun堅決不讓Harmony獲得JCP認證，最終於2011年退役，IBM轉而參與OpenJDK

雖然目前並沒有Apache Harmony被大規模商用的案例，但是它的Java類庫程式碼吸納進了Android SDK。

Micorsoft JVM

微軟為了在IE3瀏覽器中支援Java Applets，開發了Microsoft JVM。

只能在window平臺下運行。但確是當時Windows下效能最好的Java VM。

1997年，sun以侵犯商標、不正當競爭罪名指控微軟成功，賠了sun很多錢。微軟windowsXPSP3中抹掉了其VM。現在windows上安裝的jdk都是HotSpot。

Taobao JVM

由AliJVM團隊釋出。阿里，國內使用Java最強大的公司，覆蓋雲端計算、金融、物流、電商等眾多領域，需要解決高併發、高可用、分散式的複合問題。有大量的開源產品。

基於openJDK開發了自己的定製版本AlibabaJDK，簡稱AJDK。是整個阿里Java體系的基石。

基於openJDK Hotspot VM釋出的國內第一個優化、深度定製且開源的高效能伺服器版Java虛擬機器。

創新的GCIH（GCinvisible heap）技術實現了off-heap，即將生命週期較長的Java物件從heap中移到heap之外，並且Gc不能管理GCIH內部的Java物件，以此達到降低GC的回收頻率和提升Gc的回收效率的目的。

GCIH中的物件還能夠在多個Java虛擬機器程序中實現共享

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

taobao vm應用在阿里產品上效能高，硬體嚴重依賴inte1的cpu，損失了相容性，但提高了效能

目前已經在淘寶、天貓上線，把oracle官方JvM版本全部替換了。

Dalvik VM

谷歌開發的，應用於Android系統，並在Android2.2中提供了JIT，發展迅猛。

Dalvik y只能稱作虛擬機器，而不能稱作「Java虛擬機器」，它沒有遵循 Java虛擬機器規範

不能直接執行Java的Class檔案

基於寄存器架構，不是jvm的棧架構。

執行的是編譯以後的dex（Dalvik Executable）檔案。執行效率比較高。

它執行的dex（Dalvik Executable）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的Java API等。

Android 5.0使用支援提前編譯（Ahead of Time Compilation，AoT）的ART VM替換Dalvik VM。

Graal VM

2018年4月，oracle Labs公開了GraalvM，號稱 "Run Programs Faster Anywhere"，勃勃野心。與1995年java的」write once，run anywhere"遙相呼應。

GraalVM在HotSpot VM基礎上增強而成的跨語言全棧虛擬機器，可以作為「任何語言」 的運行平臺使用。語言包括：Java、Scala、Groovy、Kotlin；C、C++、Javascript、Ruby、Python、R等

支援不同語言中混用對方的介面和物件，支援這些語言使用已經編寫好的本地庫檔案

工作原理是將這些語言的原始碼或原始碼編譯後的中間格式，通過直譯器轉換為能被Graal VM接受的中間表示。Graal VM提供Truffle工具集快速構建面向一種新語言的直譯器。在運行時還能進行即時編譯優化，獲得比原生編譯器更優秀的執行效率。

如果說HotSpot有一天真的被取代，Graalvm希望最大。但是Java的軟體生態沒有絲毫變化。

總結

具體JVM的記憶體結構，其實取決於其實現，不同廠商的JVM，或者同一廠商釋出的不同版本，都有可能存在一定差異。主要以oracle HotSpot VM為預設虛擬機器。