转载请注明链接: https://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/82320200
Java代码是怎么运行的？
版本: 2018/9/2-1
1、Java代码的运行需要什么？
必须要有JRE(java 运行时环境)
JRE
2、JRE(Java运行时环境)里面有什么？
- Java虚拟机
- Java核心类库
JDK
3、JDK是什么？
- Java开发工具包
- JDK里面也包含了JRE
- 此外还有一系列开发和诊断工具
C++
4、C++代码是如何运行的？
- C++代码不需要额外的运行时
- C++代码会直接编译成CPU所能理解的机器码，直接执行
5、C++版本的“Hello World”编译出来的机器码和反编译的汇编代码
; 最左列是偏移；中间列是给机器读的机器码；最右列是给人读的汇编代码
0x00: 55 push rbp
0x01: 48 89 e5 mov rbp,rsp
0x04: 48 83 ec 10 sub rsp,0x10
0x08: 48 8d 3d 3b 00 00 00 lea rdi,[rip+0x3b]
; 加载 "Hello, World!\n"
0x0f: c7 45 fc 00 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
0x16: b0 00 mov al,0x0
0x18: e8 0d 00 00 00 call 0x12
; 调用 printf 方法
0x1d: 31 c9 xor ecx,ecx
0x1f: 89 45 f8 mov DWORD PTR [rbp-0x8],eax
0x22: 89 c8 mov eax,ecx
0x24: 48 83 c4 10 add rsp,0x10
0x28: 5d pop rbp
0x29: c3 retJava虚拟机
6、Java为什么要在虚拟机中运行
- Java作为高级程序语言，愈发复杂，抽象程度高，因此无法在硬件上运行。
- 这就需要设计一个面向Java语言特性的虚拟机，并通过编译器将Java程序转换为该虚拟机所能识别的指令序列，也就是
Java字节码
7、虚拟机的优点
- 跨平台：一次编译到处执行。
- 提供托管环境：JVM能代替程序员去做一些复杂且容易出错的工作。
- 峰值性能更佳：JVM进行预热后，针对热点方法由于大量优化，且能够在运行中动态获取方法执行的情况等信息，从而能进一步优化，提高峰值性能。
Java字节码
8、为什么要叫Java字节码
- 因为指令的操作码
opcode被固定为一个字节。- 如下“Hello World”，都是由一个个字节组成。
# 最左列是偏移；中间列是给虚拟机读的机器码；最右列是给人读的代码
0x00: b2 00 02 getstatic java.lang.System.out
0x03: 12 03 ldc "Hello, World!"
0x05: b6 00 04 invokevirtual java.io.PrintStream.println
0x08: b1 return实现方式
9、Java虚拟机的实现方式？
- 可以由硬件实现： Java Proccessor(Java虚拟机在硬件上的实现)，当前有十多种具体实现的JVM。
- 最常见的是在各个平台上提供软件实现。
10、Java虚拟机采用软件实现的好处？
- 能够实现“一次编写，到处运行”，因为程序一旦转为Java字节码，就可以在不同平台的虚拟机实现里执行。
托管环境
11、JVM托管环境的好处？
- 这个托管环境能够代 替我们处理一些代码中冗长而且容易出错的部分。
- 自动内存管理
- 垃圾回收
- 数组越界、动态类型、安全权限等动态检测。
Java虚拟机如何运行Java字节码？
12、标准JDK中的HotSpot是如何运行Java字节码的呢？
需要从两个角度考虑：
1. 虚拟机角度
1. 底层硬件角度
虚拟机角度
13、从虚拟机角度运行Java字节码
- 首先会将Java代码编译成的class文件加载到JVM
- 加载后的Java类会存放到方法区中。
- 实际运行时，JVM会执行方法区内的代码。
- 运行时，每当调用进入一个Java方法，JVM会在当前线程的Java方法栈中生成一个栈帧。
- 退出执行的Java方法时，无论是不是正常返回，JVM都会弹出并舍弃掉当前线程的当前栈帧。
14、栈帧是什么？
- 用于存放局部变量、字节码的操作数
- 栈帧的大小是提前计算好的。
- JVM不要求栈帧在内存空间内连续分布。
15、JVM中内存组成部分
线程共享：
1. 方法区：存放加载后的Java类
1. 堆：创建的对象实例
线程私有：
1. Java方法栈: 面向Java方法
1. 本地方法栈: 面向C++写的native方法
1. PC寄存器: 存放各个线程执行位置。
硬件角度
16、Java虚拟机如何运行Java代码
- Java字节码无法直接执行
- JVM需要将字节码翻译成机器码
17、JVM(如HotSpot)如何将字节码翻译成机器码？
两种方法：
1. 解释执行-逐条将字节码翻译成机器码执行
1. 即时编译(Just-In-Time compilation, JIT)-将一个方法中的字节码都编译成机器码后再执行。
18、HotSpot是如何采用这两种方法去执行Java代码呢？
- 默认采用采用混合模式
- 综合了两者的优点
- 会先解释执行字节码
- 之后将其中反复执行的热点代码，以方法为单位进行即时编译
19、即时编译是以什么为单位进行优化的？
- 以方法为单位
20、Java虚拟机的效率如何
- HotSpot采用多种技术来提升启动性能和峰值性能。
- 即时编译就是重要技术之一。
- 即时编译建立在二八定律之上，也就是20%的代码占据了80%的计算资源。
21、为什么Java不和C++一样直接编译成机器码呢？
- 理论上Java的性能可以比C++更高。
- 与静态变异相比，即时编译拥有程序的运行时信息，并能以此进行相应的优化。
- 借助这些信息，可以规避虚方法调用的开销，从而比静态变异的C++程序的性能更高。
22、HotSpot内置了多个即使编译器
- C1：Client编译器，优化手段简单，编译时间短，适合对启动性能有要求的客户端程序。
- C2：Server编译器，适合对峰值性能有要求的服务端程序，优化手段复杂，编译时间长，生成的代码执行效率高。
- Graal：实验性即使编译器，Java10中引入。
23、HotSpot如何采用这些即时编译器进行编译工作？
- HotSpot默认采用分层编译(从Java7开始)
- 热点方法会先用C1编译
- 然后热点方法中的热点，进一步用C2编译。
24、HotSpot具有一个额外的编译线程
- 为了不干扰应用的执行，即时编译放在额外的编译线程中进行。
- HotSpot会根据CPU数量设置编译线程的数目
- 并且1:2的比例分配给C1和C2编译器
25、资源充足时，即时编译会替换解释执行
- 在计算资源充足的情况下，字节码的解释执行和即时编译可同时进行。
- 即时编译完成后的机器码会在 下次调用该方法时启用，以替换原本的解释执行。
思考题
26、Java语言和JVM看待boolean类型的方式是否相同？
public static void main(String[] args) {
boolean flag = true;
if (flag) System.out.println("Hello, Java!");
if (flag == true) System.out.println("Hello, JVM!");
}
- JVM将boolean当做int值来处理, 因此flag = true = iconst_1
- 如果通过工具将flag改为 iconst_2, 会发现if(flag)依旧成立，因为iconst_2也为真
- 但是if(flag == true)就不成立了，iconst_1 不等于 inconst_2