深刻Java虛擬機（1）——Java體系結構

轉載: 深刻Java虛擬機（1）——Java體系結構

Java體系結構

Java體系結構包括四個獨立但相關的技術：

1. Java程序設計語言

2. Java class文件格式

3. Java應用編程接口(API)

4. Java虛擬機

當編寫並運行一個Java程序時，就同時使用了這四種技術。用Java程序設計語言編寫源代碼，把它編譯成Java class文件，而後在java虛擬機中運行class文件。當編寫程序時，經過調用實現了Java應用編程接口（API）類中的方法來訪問系統中資源如io、網絡內存等。當程序運行的時候它能夠調用class文件中的實現的方法來知足程序java api的調用。

1、Java虛擬機

Java的面向網絡的核心就是Java虛擬機,它支持Java面向網絡體系結構三大支柱:平臺無關性、安全性和網絡移動性。

Java虛擬機是一臺抽象的計算機，其規範定義了每一個Java虛擬機都必須實現的特性，可是爲每一個特定實現都留下了不少選擇。

Java虛擬機的主要任務是裝載class文件而且執行其中的字節碼。裝載類由類裝載器(class loader)完成，它能夠從程序和API中裝載class文件。JavaAPI中只有程序執行時須要的那些類纔會被裝載。字節碼由執行引擎來執行。

Java虛擬機中的三種執行引擎

一、最簡單的執行引擎就是一次性解釋字節碼

二、另外一種執行引擎更快，可是也更消耗內存，叫作「即時編譯器」（just-in-time compiler）

三、第三種執行引擎是自適應優化器

第二種比第一種執行引擎效率上要高不少，執行速度也更快，但相對的缺點就是內存消耗很大。當內存消耗劇烈的時候，jvm就會出現異常。在這種狀況下，即時編譯器第一次被執行的字節碼會被編譯成本地機器代碼，編譯出的本地機器代碼也會被緩存，當方法之後被調用時候能夠重用。

第三種引擎，自適應優化器，在這種方法裏，虛擬機開始的時候解釋字節碼，可是會監視運行種的程序的活動，而且記錄下使用最頻繁的代碼段。程序運行時，虛擬機只把那些活動最頻繁的代碼編譯成本地代碼，其餘代碼因爲使用的並不很頻繁，繼續保留字節碼由虛擬機繼續即時它們。一個自適應的優化器可使用java虛擬機種的80％－90％的時間裏執行被優化的本地代碼，而只須要編譯10％－20％對性能有影響的代碼。

Java虛擬機與主機交互

當java虛擬機是由主機操做系統上的軟件實現的時候，java程序經過調用本地方法native mehod 和主機進行交互。java中有兩種方法，java方法和本地方法。java方法是由java語言編寫，以後編譯成字節碼，存儲在class文件中的。本地方法是由其餘語言好比c\c++\彙編語言編寫的，編譯器和處理器的相關代碼。

Java虛擬機上的類裝載器

在Java虛擬機上，存在着多個類裝載器，一個java應用程序可使用兩種類裝載器，啓動bootstrap類裝載器和用戶定義的類裝載器。啓動類裝載器是java虛擬機實現的一部分。啓動裝載器一般使用默認的方式從本地磁盤中裝載類，包括java api類。啓動類裝載器也被叫作原始類裝載器、系統類裝載器或者默認類裝載器。

2、Java class 文件

Java class文件是一個能夠跨平臺的二進制文件，是經過java虛擬機來實現編譯的。

平臺無關性:一般狀況下,一個平臺上的二進制可執行文件不能在其餘平臺上工做。而Java class文件是能夠運行在任何支持Java虛擬機制硬件平臺和操做系統上的二進制文件。

網絡適應性:class文件設計的緊湊，所以它們能夠快速地在網絡上傳送。其次因爲Java程序是動態連接和動態擴展的,class文件能夠在須要的時候才下載。

3、Java API

Java API是運行庫的集合,它提供一套訪問主機系統資源的標準方法。Java API是相對安全的,它是保證平臺無關性的前提,由於Java虛擬機和Java API class文件是任何Java平臺都要實現的必要部分。在一個平臺可以支持Java程序之前,必須在這個特定平臺上明確地實現API的功能。

4、Java程序設計語言

儘管Java是爲網絡而生的,但許多人使用Java寫程序還多是由於想要利用Java程序設計語言的優點：

1.面向對象
2.多線程
3.結構化錯誤處理
4.垃圾收集
5.動態鏈接
6.動態擴展

參考書籍：《深刻Java虛擬機 第二版》