学习JVM的重要性

从上层应用程序到底层操作系统,到底有哪些东西?


平时开发的应用程序主要基于各种框架,譬如Spring,SpringMVC,Mybatis,而各种框架又是基于Java API来实现的,Java API调用执行是在JVM上的,而JVM则是运行在操作系统上的,操作系统是在物理机器打交道的。

在框架上进行业务开发,或者学习框架如何使用,是大部分开发者的工作。但是实际上我们不该执着于框架该如何使用,而是应该往下走,一般最后遇到的问题都会到JVM和操作系统的问题。即使现在的 JVM 已经很完善,帮开发者做了很多事,但是我们不该以此为理由不去了解 JVM 的原理。架构师把开发者变成温室里的花朵和温水里的青蛙,如果有一天出现以下问题,该怎么解决:

  • 运行系统卡死,系统无法访问,直接 OOM
  • 线上 GC (垃圾回收)有问题,需要 dump 内存,进行分析。
  • 新项目上线,需要对系统进行评估,设置 JVM 的参数。
  • 面试时被问及实际项目中 JVM 参数调优。

几乎所有的高级语言在交给机器CPU执行之前,都会经历 高级语言 --> 汇编语言 --> 机器指令 的过程,因为计算机是不会直接识别高级语言的。了解高级语言如何转换成能被机器识别的语言,是开发者必须掌握的技能。

JavaC++多了动态内存分配以及垃圾回收技术,Java的虚拟机帮开发者做了垃圾收集,编译优化等一系列工作,里面的垃圾收集算法有哪些?怎么执行的?JIT编译器是怎么工作的?这些往往也是面试常谈的话题。懂得JVM的内部机构和工作机制,有利于设计高拓展的应用和快速诊断运行时的问题。

如何学习JVM

去官网找虚拟机规范(英文版):
https://www.oracle.com/cn/java/technologies/javase-downloads.html

找到:Java Language and Virtual Machine Specifications:

打开之后是:https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html ,也就是Java语言和虚拟机的规范。

可以选择以下书籍,如果是初学,最好学周志明老师的深入理解Java虚拟机,虚拟机规范会直接劝退:

  • Java虚拟机规范(Java SE 8版
  • 深入理解Java虚拟机(JVM高级特性与最佳实践)

Java规范只是标准,不同的版本规范不一样,同一个版本的规范在不同的虚拟机上有不一样的实现,初学者应该从最热门主流的HotSpot虚拟机开始,也就是Oracle自己推出的Java虚拟机。

通过cmd可以看出,我装的Java环境使用的就是64位的HotSpot虚拟机:

如何真正搞懂JVM?

在了解JVM规范和原理的情况下,自己手动实现一个简易的Java虚拟机。对于大部分人来说,挺难的,但是世间万物,为之则不难,不为,则难。一步登天则难,步步为营则不难。

语言排行版,目前Java是第二名:
https://www.tiobe.com/tiobe-index/

世界上没有最好的编程语言,需要按照具体的使用场景来说话。

Java跨平台怎么理解?

Java是一门跨平台语言,所谓跨平台就是,Java源文件会被编译成为字节码文件,不管是Windows,Linux还是Mac,都有其适配的JVM,也就是字节码文件可以随意在这些JVM上去运行。

Write once,run anywhere.

其他的语言,例如c语言,编译成为机器码之后,由于底层的机器语言支持不一样,编译后的机器语言文件是不可以跨操作系统运行的。而Java则是把兼容的工作,交给了JVM。不同的JVM负责去适配不同的操作系统。

所有的Java虚拟机都遵守java虚拟机的规范,语言编写者不需要考虑兼容问题。

Java虚拟机是Java平台的基石。 它是技术的组成部分,负责硬件和操作系统的独立性,已编译代码的小尺寸以及保护用户免受恶意程序攻击的能力。
Java虚拟机是抽象的计算机。 像真正的计算机一样,它具有指令集并在运行时操作各种内存区域。 使用虚拟机实现编程语言是相当普遍的。 最知名的虚拟机可能是UCSD Pascal的P代码计算机。

JVM 跨语言怎么理解?

JVM是跨语言的平台,很多语言都可以编译成为遵守规范的字节码,这些字节码都可以在Java虚拟机上运行。Java虚拟机不关心这个字节码是不是来自于Java程序,只需要各个语言提供自己的编译器,字节码遵循字节码规范,比如字节码的开头是CAFEBABY

将各种语言编译成为字节码文件的编译器,称之为前端编译器。而Java虚拟机中,也有编译器,比如即时编译器,此处称为后端编译器。

Java虚拟机要做到跨语言,目前来看应该是当下最强大的虚拟机。但是并非一开始设计要跨语言。

跨语言的平台有利于什么?
由于有了跨语言平台,多语言混合编程就更加方便了,通过特定领域的语言去解决特定领域的问题。

比如并行处理使用Clojure语言编写,展示层使用JRuby/Rails,中间层用Java编写,每一应用层都可以使用不同的语言编写,接口对于开发者是透明的。不同语言可以相互调用,就像是调用自己语言原生的API一样。它们都运行在同一个虚拟机上。

何为字节码?

字节码狭义上是java语言编译而成,但是由于JVM是支持多种语言编译的字节码的,而字节码都是一个标准规范,因为我们应该称其为JVM字节码。

不同的编译器,可以编译出相同的字节码文件,字节码文件也可以在不同操作系统上的不同JVM中运行。

因此,Java虚拟机实际上和Java语言并非强制关联的关系,虚拟机只和二级制文件(Class文件)强关联。

【作者简介】
秦怀,公众号【秦怀杂货店】作者,技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。这个世界希望一切都很快,更快,但是我希望自己能走好每一步,写好每一篇文章,期待和你们一起交流。

Q.E.D.

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纵然缓慢,驰而不息。