03_JVM架构模型与生命周期

一、JVM架构模型

1. 指令集架构分类

1. 基于栈的指令集架构（Java编译输入的指令流属于该种）
   • 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统（小型的，嵌入式的）；
   • 避开了寄存器分配难题，使用零地址指令【只有操作数，没有地址，每8位对齐】方式分配；
   • 指令流当中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小【零地址指令】，编译器更容易实现；
   • 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台。
2. 基于寄存器的指令集架构
   • 典型应用是x86二进制指令集：传统的PC，Android的Davlik虚拟机；
   • 指令集架构完全依赖于硬件，可移植性差【缺点】；
   • 性能优秀，执行更高效【优点】；
   • 花费更少的指令去完成一项操作【每16位对齐】；
   • 大部分指令以一地址指令【只有一个地址，一个操作数】，二地址指令和三地址指令为主。

2. Java基于栈式的指令集架构举例

例一：执行 a + b 字节码

字节码内容说明：

• iconst_2 // 常量2定义
• istore_1 // 常量2存入操作数栈索引为2的位置
• iconst_3
• istore_2
• iload_1 // 加载
• iload_2
• iadd // 常量2和3出栈，执行相加
• istore_3 // 结果5出栈，保存到操作数栈索引为2的位置

例二： 执行 (a + b) * c 字节码

优缺点小结

• 优势
  跨平台性、指令集小、指令多
• 劣势
  执行性能比基于寄存器的架构差

二、JVM的生命周期

1. 虚拟机的启动
   • 通过引导类加载器（BootStrap ClassLoader）创建一个初始类（initial class）来完成
   • 初始类（initial class）由虚拟机的具体实现（HotSpot / classic）指定。
2. 虚拟机的执行
   • 一个运行中的Java虚拟机有一个清晰的任务，执行Java程序；
   • 程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。
   • 执行一个所谓Java程序的时候，真正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。
3. 虚拟机的结束
   • 结束的情况
     • 程序正常执行结束；
     • 执行过程中遇到异常或错误而终止；
     • 操作系统出现错误导致Java虚拟机进程终止；
     • 某线程调用了System.exit()方法，或Runtime类的halt()方法，并且安全管理器也允许这次exit()或halt()操作。
     • 除此之外，JNI (Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载/卸载Java虚拟机，Java虚拟机的退出情况。