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 JVM整體結構 

 

• HotSpot VM 是目前市面上高性能虛擬機的代表作之一。
• 方法區和堆：多線程共享
• 虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器：每個線程獨有一份
• 執行引擎：包含三部分：解釋器，及時編譯器(后端編譯器)，垃圾回收器
• 它采用解釋器與即時編譯器并存的架構。
• 在今天，Java 程序的運行性能早已脫胎換骨，已經達到了可以和 C/C++ 程序一較高下的地步。 

 

Java 代碼執行流程 

 

只是能生成被 Java 虛擬機所能解釋的字節碼文件，那么理論上就可以自己設計一套代碼了

解釋器：保證相應時間，負責解釋執行的速度

JIT編譯器：負責編譯的性能，針對字節碼指令，熱點代碼，放在方法區緩存起來，下次遇見直接變成二進制指令

JVM 的架構模型

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，另外一種指令集架構則是基于寄存器的指令集架構。

具體來說：這兩種架構之間的區別：

基于棧式架構

• 設計和實現更簡單，適用于資源受限的系統;
• 避開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，其執行過程依賴于操作棧。指令集更小，編譯器容易實現。
• 不需要硬件支持，可移植性更好，更好實現跨平臺

基于寄存器架構

• 典型的應用是 x86 的二進制指令集：比如傳統的 PC 以及 Android 的 Davlik 虛擬機。
• 指令集架構則完全依賴硬件，可移植性差
• 性能優秀和執行更高效
• 花費更少的指令去完成一項操作。
• 在大部分情況下，基于寄存器架構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，而基于棧式架構的指令集卻是以零地址指令為主

舉例

同樣執行2+3這種邏輯操作，其指令分別如下：

基于棧的計算流程(以Java虛擬機為例)：

iconst_2 // 常量2入棧 
istore_1 
iconst_3 // 常量3入棧 
istore_2 
iload_1 
iload_2 
iadd    //常量2/3出棧，執行相加 
istore_0 // 結果5入棧 

而基于寄存器的計算流程

mov eax,2 //將eax寄存器的值設為 
1add eax,3 //使eax寄存器的值加3 

字節碼反編譯

我們編寫一個簡單的代碼，然后查看一下字節碼的反編譯后的結果

public class StackStruTest { 
  public static void main(String[] args) { 
    int i = 2 + 3; 
  } 
} 

然后我們找到編譯后的 class 文件，使用下列命令進行反編譯

javap -v(verbose) StackStruTest.class 

得到的文件為:

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 
  

總結

由于跨平臺性的設計，Java 的指令都是根據棧來設計的。

不同平臺 CPU 架構不同，所以不能設計為基于寄存器的。

優點是跨平臺，指令集小，編譯器容易實現

缺點是性能下降，實現同樣的功能需要更多的指令。

時至今日，盡管嵌入式平臺已經不是 Java 程序的主流運行平臺了(準確來說應該是 HotSpotVM 的宿主環境已經不局限于嵌入式平臺了)，那么為什么不將架構更換為基于寄存器的架構呢?

總結：因為已經夠用了

棧

跨平臺性

指令集小

指令多

執行性能比寄存器差