你是否也遇到過(guò)這些問(wèn)題？
運(yùn)行線上系統(tǒng)突然卡死，系統(tǒng)無(wú)法訪問(wèn)，甚至直接OOM
想解決線上JVM GC問(wèn)題，但卻無(wú)從下手
新項(xiàng)目上線，對(duì)各種JVM參數(shù)設(shè)置一臉懵逼，直接默認(rèn)，然后就JJ了
每次面試都要重新背一遍JVM的一些原理概念性東西
這段廣告語(yǔ)寫(xiě)的好，趁著在家辦公學(xué)習(xí)下JVM，先列出整體知識(shí)點(diǎn)
Java開(kāi)發(fā)都知道JVM是Java虛擬機(jī)，上學(xué)時(shí)還用過(guò)的VM也叫虛擬機(jī)，先比較一波
虛擬機(jī)與Java虛擬機(jī)
所謂虛擬機(jī)（Virtual Machine），就是一臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)。它是一款軟件，用來(lái)執(zhí)行一系列虛擬計(jì)算機(jī)指令。大體上，虛擬機(jī)可以分為系統(tǒng)虛擬機(jī)和程序虛擬機(jī)。
Visaual Box，VMware就屬于系統(tǒng)虛擬機(jī)，它們完全是對(duì)物理計(jì)算機(jī)的仿真，提供了一個(gè)可運(yùn)行完整操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)
程序虛擬機(jī)的典型代表就是Java虛擬機(jī)，它專(zhuān)門(mén)為執(zhí)行單個(gè)計(jì)算機(jī)程序而設(shè)計(jì)，在Java虛擬機(jī)中執(zhí)行的指令我們稱(chēng)為Java字節(jié)碼指令
JVM 是什么
JVM 是 Java Virtual Machine（Java虛擬機(jī))的縮寫(xiě)，JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范，它是一個(gè)虛構(gòu)的計(jì)算機(jī)，是通過(guò)在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
Java虛擬機(jī)是二進(jìn)制字節(jié)碼的運(yùn)行環(huán)境，負(fù)責(zé)裝載字節(jié)碼到其內(nèi)部，解釋/編譯為對(duì)應(yīng)平臺(tái)的機(jī)器指令執(zhí)行。每一條Java指令，Java虛擬機(jī)規(guī)范中都有詳細(xì)定義，如怎么取操作數(shù)，怎么處理操作數(shù)，處理結(jié)果放在哪里。
特點(diǎn)
一次編譯，到處運(yùn)次（跨平臺(tái)）
自動(dòng)內(nèi)存管理
自動(dòng)垃圾回收功能
字節(jié)碼
我們平時(shí)所說(shuō)的java字節(jié)碼，指的是用java語(yǔ)言編寫(xiě)的字節(jié)碼，準(zhǔn)確的說(shuō)任何能在jvm平臺(tái)上執(zhí)行的字節(jié)碼格式都是一樣的，所以應(yīng)該統(tǒng)稱(chēng)為jvm字節(jié)碼。
不同的編譯器可以編譯出相同的字節(jié)碼文件，字節(jié)碼文件也可以在不同的jvm上運(yùn)行。
Java虛擬機(jī)與Java語(yǔ)言沒(méi)有必然的聯(lián)系，它只與特定的二進(jìn)制文件格式——Class文件格式關(guān)聯(lián)，Class文件中包含了Java虛擬機(jī)指令集（或者稱(chēng)為字節(jié)碼、Bytecodes）和符號(hào)集，還有一些其他輔助信息。
Java代碼執(zhí)行過(guò)程
JVM的位置
JVM是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的，它與硬件沒(méi)有直接的交互。
JDK(Java Development Kit) 是 Java 語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）。JDK 物理存在，是 Java Language、Tools、JRE 和 JVM 的一個(gè)集合。
JVM整體結(jié)構(gòu)
JVM的架構(gòu)模型
Java編譯器輸入的指令流基本上是一種基于棧的指令集架構(gòu)，另外一種指令集架構(gòu)則是基于寄存器的指令集架構(gòu)。
兩種架構(gòu)之間的區(qū)別：
基于棧式架構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，適用于資源受限的系統(tǒng)；避開(kāi)了寄存器的分配難題，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，其執(zhí)行過(guò)程依賴(lài)于操作棧。指令集更小，編譯器容易實(shí)現(xiàn)；不需要硬件支持，可移植性更好，更好實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)
基于寄存器架構(gòu)的特點(diǎn)典型的應(yīng)用是X86的二進(jìn)制指令集：比如傳統(tǒng)的PC以及Android的Davlik虛擬機(jī)；指令集架構(gòu)則完全依賴(lài)硬件，可移植性差；性能優(yōu)秀和執(zhí)行更高效；花費(fèi)更少的指令去完成一項(xiàng)操作；大部分情況下，基于寄存器架構(gòu)的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令為主，而基于棧式架構(gòu)的指令集卻是以零地址指令為主
由于跨平臺(tái)性的設(shè)計(jì)，Java的指令都是根據(jù)棧來(lái)設(shè)計(jì)的。不同平臺(tái)CPU架構(gòu)不同，所以不能設(shè)計(jì)為基于寄存器的，優(yōu)點(diǎn)是跨平臺(tái)，指令集小，編譯器容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是性能下降，實(shí)現(xiàn)同樣的功能需要更多的指令。
分析基于棧式架構(gòu)的JVM代碼執(zhí)行過(guò)程
進(jìn)入class文件所在目錄，執(zhí)行javap -v xx.class反解析（或者通過(guò)IDEA插件Jclasslib直接查看），可以看到當(dāng)前類(lèi)對(duì)應(yīng)的code區(qū)（匯編指令）、本地變量表、異常表和代碼行偏移量映射表、常量池等信息。
以上圖中的 1+2 為例說(shuō)明:
Classfile /Users/starfish/workspace/myCode/starfish-learning/starfish-learn/target/classes/priv/starfish/jvm/JVM1.class
Last modified 2020-2-7; size 487 bytes
MD5checksum1a9653128b55585b2745270d13b17aaf
Compiledfrom"JVM1.java"
publicclasspriv.starfish.jvm.JVM1
SourceFile:"JVM1.java"
minorversion:0
majorversion:52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref? ? ? ? ? #3.#22? ? ? ? //? java/lang/Object."<init>":()V
? #2 = Class? ? ? ? ? ? ? #23? ? ? ? ? ? //? priv/starfish/jvm/JVM1
? #3 = Class? ? ? ? ? ? ? #24? ? ? ? ? ? //? java/lang/Object
? #4 = Utf8? ? ? ? ? ? ? <init>
? #5 = Utf8? ? ? ? ? ? ? ()V
? #6 = Utf8? ? ? ? ? ? ? Code
? #7 = Utf8? ? ? ? ? ? ? LineNumberTable
? #8 = Utf8? ? ? ? ? ? ? LocalVariableTable
? #9 = Utf8? ? ? ? ? ? ? this
? #10 = Utf8? ? ? ? ? ? ? Lpriv/starfish/jvm/JVM1;
? #11 = Utf8? ? ? ? ? ? ? main
? #12 = Utf8? ? ? ? ? ? ? ([Ljava/lang/String;)V
? #13 = Utf8? ? ? ? ? ? ? args
? #14 = Utf8? ? ? ? ? ? ? [Ljava/lang/String;
? #15 = Utf8? ? ? ? ? ? ? i
? #16 = Utf8? ? ? ? ? ? ? I
? #17 = Utf8? ? ? ? ? ? ? j
? #18 = Utf8? ? ? ? ? ? ? k
? #19 = Utf8? ? ? ? ? ? ? MethodParameters
? #20 = Utf8? ? ? ? ? ? ? SourceFile
? #21 = Utf8? ? ? ? ? ? ? JVM1.java
? #22 = NameAndType? ? ? ? #4:#5? ? ? ? ? //? "<init>":()V
? #23 = Utf8? ? ? ? ? ? ? priv/starfish/jvm/JVM1
? #24 = Utf8? ? ? ? ? ? ? java/lang/Object
{
? public priv.starfish.jvm.JVM1();
? ? flags: ACC_PUBLIC
? ? Code:
? ? ? stack=1, locals=1, args_size=1
? ? ? ? 0: aload_0? ? ?
? ? ? ? 1: invokespecial #1? ? ? ? ? ? ? ? ? // Method java/lang/Object."<init>":()V
? ? ? ? 4: return? ? ? ?
? ? ? LineNumberTable:
? ? ? ? line 3: 0
? ? ? LocalVariableTable:
? ? ? ? Start? Length? Slot? Name? Signature
? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? 5? ? 0? this? Lpriv/starfish/jvm/JVM1;
? public static void main(java.lang.String[]);
? ? flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
? ? Code:
? ? ? stack=2, locals=4, args_size=1
? ? ? ? 0: iconst_1? ? ? //冒號(hào)前的數(shù)字表示程序計(jì)數(shù)器的數(shù)，常量1入棧
? ? ? ? 1: istore_1? ? ? //保存到1的操作數(shù)棧中,這里的1表示操作數(shù)棧的索引位置
? ? ? ? 2: iconst_2? ? ?
? ? ? ? 3: istore_2? ? ?
? ? ? ? 4: iload_1? ? ? //加載
? ? ? ? 5: iload_2? ? ?
? ? ? ? 6: iadd? ? ? ? ? //常量出棧，求和
? ? ? ? 7: istore_3? ? ? //存儲(chǔ)到索引為3的操作數(shù)棧
? ? ? ? 8: return? ? ? ?
? ? ? LineNumberTable:
? ? ? ? line 6: 0
? ? ? ? line 7: 2
? ? ? ? line 8: 4
? ? ? ? line 9: 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
? ? ? MethodParameters: length = 0x5
? ? ? 01 00 0D 00 00
}
JVM生命周期
虛擬機(jī)的啟動(dòng)
Java虛擬機(jī)的啟動(dòng)是通過(guò)引導(dǎo)類(lèi)加載器（Bootstrap Class Loader）創(chuàng)建一個(gè)初始類(lèi)（initial class）來(lái)完成的，這個(gè)類(lèi)是由虛擬機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)指定的。
虛擬機(jī)的執(zhí)行
一個(gè)運(yùn)行中的Java虛擬機(jī)有著一個(gè)清晰的任務(wù)：執(zhí)行Java程序
程序開(kāi)始執(zhí)行時(shí)它才運(yùn)行，程序結(jié)束時(shí)它就停止
執(zhí)行一個(gè)所謂的Java程序的時(shí)候，真正執(zhí)行的是一個(gè)叫做Java虛擬機(jī)的進(jìn)程
你在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行三個(gè)程序，就會(huì)有三個(gè)運(yùn)行中的Java虛擬機(jī)。 Java虛擬機(jī)總是開(kāi)始于一個(gè)main()方法，這個(gè)方法必須是公有、返回void、只接受一個(gè)字符串?dāng)?shù)組。在程序執(zhí)行時(shí)，你必須給Java虛擬機(jī)指明這個(gè)包含main()方法的類(lèi)名。
虛擬機(jī)的退出
有以下幾種情況：
程序正常執(zhí)行結(jié)束
程序在執(zhí)行過(guò)程中遇到了異?；蝈e(cuò)誤而異常終止
由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致Java虛擬機(jī)進(jìn)程終止
某線程調(diào)用Runtime類(lèi)或System類(lèi)的exit方法，或Runtime類(lèi)的halt方法，并且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(guī)范描述了用JNI Invocation API來(lái)加載或卸載Java虛擬機(jī)時(shí)，Java虛擬機(jī)的退出情況
Java和JVM規(guī)范
Java Language and Virtual Machine Specifications
JVM發(fā)展歷程
JDK 版本升級(jí)不僅僅體現(xiàn)在語(yǔ)言和功能特性上，還包括了其編譯和執(zhí)行的 Java 虛擬機(jī)的升級(jí)。
1990年，在Sun計(jì)算機(jī)公司中，由Patrick Naughton、MikeSheridan及James Gosling領(lǐng)導(dǎo)的小組Green Team，開(kāi)發(fā)出的新的程序語(yǔ)言，命名為Oak，后期命名為Java
1995年，Sun正式發(fā)布Java和HotJava產(chǎn)品，Java首次公開(kāi)亮相
1996 年，JDK 1.0 發(fā)布時(shí)，提供了純解釋執(zhí)行的 Java 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)：Sun Classic VM。
1997 年，JDK 1.1 發(fā)布時(shí)，虛擬機(jī)沒(méi)有做變更，依然使用 Sun Classic VM 作為默認(rèn)的虛擬機(jī)
1998 年，JDK 1.2 發(fā)布時(shí)，提供了運(yùn)行在 Solaris 平臺(tái)的 Exact VM 虛擬機(jī)，但此時(shí)還是用 Sun Classic VM 作為默認(rèn)的 Java 虛擬機(jī)，同時(shí)發(fā)布了JSP/Servlet、EJB規(guī)范，以及將Java分成J2EE、J2SE、J2ME
2000 年，JDK1.3 發(fā)布，默認(rèn)的 Java 虛擬機(jī)由 Sun Classic VM 改為 Sun HotSopt VM，而 Sun Classic VM 則作為備用虛擬機(jī)
2002 年，JDK 1.4 發(fā)布，Sun Classic VM 退出商用虛擬機(jī)舞臺(tái)，直接使用 Sun HotSpot VM 作為默認(rèn)虛擬機(jī)一直到現(xiàn)在
2003年，Java平臺(tái)的Scala正式發(fā)布，同年Groovy也加入了Java陣營(yíng)
2004年，JDK1.5發(fā)布，同時(shí)JDK1.5改名為JDK5.0
2006年，JDK6發(fā)布，同年，Java開(kāi)源并建立了OpenJDK。順理成章，Hotspot虛擬機(jī)也成為了OpenJDK默認(rèn)虛擬機(jī)
2008年，Oracle收購(gòu)BEA，得到了JRockit虛擬機(jī)
2010年，Oracle收購(gòu)了Sun，獲得Java商標(biāo)和HotSpot虛擬機(jī)
2011年，JDK7發(fā)布，在JDK1.7u4中，正式啟用了新的垃圾回收器G1
2014年，JDK8發(fā)布，用元空間MetaSpace取代了PermGen
2017年，JDK9發(fā)布，將G1設(shè)置為默認(rèn)GC，替代CMS
Sun Classic VM
世界上第一款商用 Java 虛擬機(jī)。1996年隨著Java1.0的發(fā)布而發(fā)布，JDK1.4時(shí)完全被淘汰；
這款虛擬機(jī)內(nèi)部只提供解釋器；
如果使用JIT編譯器，就需要進(jìn)行外掛。但是一旦使用了JIT編譯器，JIT就會(huì)接管虛擬機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)，解釋器就不再工作，解釋器和編譯器不能配合工作；
現(xiàn)在hotspot內(nèi)置了此虛擬機(jī)
Exact VM
它的執(zhí)行系統(tǒng)已經(jīng)具備了現(xiàn)代高性能虛擬機(jī)的雛形：如熱點(diǎn)探測(cè)、兩級(jí)即時(shí)編譯器、編譯器與解析器混合工作模式等；
使用準(zhǔn)確式內(nèi)存管理：虛擬機(jī)可以知道內(nèi)存中某個(gè)位置的數(shù)據(jù)具體是什么類(lèi)型；
在商業(yè)應(yīng)用上只存在了很短暫的時(shí)間就被更優(yōu)秀的 HotSpot VM 所取代
Sun HotSpot VM
它是 Sun JDK 和 OpenJDK 中所帶的虛擬機(jī)，也是目前使用范圍最廣的 Java 虛擬機(jī)；
繼承了 Sun 之前兩款商用虛擬機(jī)的優(yōu)點(diǎn)（如準(zhǔn)確式內(nèi)存管理），也使用了許多自己新的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如熱點(diǎn)代碼探測(cè)技術(shù)（通過(guò)執(zhí)行計(jì)數(shù)器找出最具有編譯價(jià)值的代碼，然后通知 JIT 編譯器以方法為單位進(jìn)行編譯；
Oracle 公司分別收購(gòu)了 BEA 和 Sun，并在 JDK8 的時(shí)候，整合了 JRokit VM 和 HotSpot VM，如使用了 JRokit 的垃圾回收器與 MissionControl 服務(wù)，使用了 HotSpot 的 JIT 編譯器與混合的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)。
BEA JRockit VM
專(zhuān)注于服務(wù)器端應(yīng)用，內(nèi)部不包含解析器實(shí)現(xiàn)；
號(hào)稱(chēng)是世界上最快的JVM
IBM J9 VM
全稱(chēng)：IBM Technology for Java Virtual Machine，簡(jiǎn)稱(chēng)IT4J，內(nèi)部代號(hào)：J9
市場(chǎng)定位于HotSpot接近，服務(wù)器端、桌面應(yīng)用、嵌入式等多用途VM
目前是有影響力的三大商用虛擬機(jī)之一
虛擬機(jī)有很多，此外還有Azul VM、Liquid VM、Apache Harmony、TaobaoJVM、Graal VM等
