【JVM】十二、执行引擎

2021年09月15日 阅读数:1
这篇文章主要向大家介绍【JVM】十二、执行引擎,主要内容包括基础应用、实用技巧、原理机制等方面,希望对大家有所帮助。

执行引擎概述

执行引擎属于JVM的下层,里面包括:解释器、即时编译器、垃圾回收器
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前端

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执行引擎

  1. 执行引擎是Java虚拟机核心的组成部分之一。“虚拟机”是一个相对于“物理机”的概念,这两种机器都有代码执行能力,其区别是物理机的执行引擎是直接创建在处理器、缓存、指令集和操做系统层面上的,而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的,所以能够不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系,可以执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。
  2. JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部,**但字节码并不可以直接运行在操做系统之上,**由于字节码指令并不是等价于本地机器指令,它内部包含的仅仅只是一些可以被JVM所识别的字节码指令、符号表,以及其余辅助信息。
  3. 那么,若是想要让一个Java程序运行起来,执行引擎(Execution Engine)的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才能够。简单来讲,JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。
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执行引擎的工做过程

  • 执行引擎在执行的过程当中究竟须要执行什么样的字节码指令彻底依赖于PC寄存器。
  • 每当执行完一项指令操做后,PC寄存器就会更新下一条须要被执行的指令地址。
  • 固然方法在执行的过程当中,执行引擎有可能会经过存储在局部变量表中的对象引用准肯定位到存储在Java堆区中的对象实例信息,以及经过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。
  • 从外观上来看,全部的Java虚拟机的执行引擎输入、处理、输出都是一致的:输入的是字节码二进制流,处理过程是字节码解析执行、即时编译的等效过程,输出的是执行过程。
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Java 代码编译和执行过程

解释执行和即时编译

大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集以前,都须要通过下图中的各个步骤:
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java

  • 橙色:javac前端编译器的过程,经过遍历抽象语法树,生成线性的字节码文件。(与JVM是不要紧的)
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    编程

  • JVM考虑执行的过程:缓存

    • 绿色:解释执行
    • 蓝色:即时编译

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解释器

解释器(Interpreter):当Java虚拟机启动时会根据预约义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行,将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。架构

JIT编译器

JIT(Just In Time Compiler)编译器:就是虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言。
并不会立刻执行
编码

为何Java是半编译半解释型语言?spa

由于如今JVM在执行Java代码的时候,一般都会将解释执行与编译执行两者结合起来进行。
将字节码翻译成本地代码后,就能够作一个缓存操做,存储在方法区的JIT 代码缓存中
操作系统

机器码、指令、汇编语言

机器码

  • 各类用二进制编码方式表示的指令,叫作机器指令码。开始,人们就用它采编写程序,这就是机器语言。
  • 机器语言虽然可以被计算机理解和接受,但和人们的语言差异太大,不易被人们理解和记忆,而且用它编程容易出差错。
  • 用它编写的程序一经输入计算机,CPU直接读取运行,所以和其余语言编的程序相比,执行速度最快。
  • 机器指令与CPU紧密相关,因此不一样种类的CPU所对应的机器指令也就不一样。

指令和指令集

指令翻译

  • 因为机器码是由0和1组成的二进制序列,可读性实在太差,因而人们发明了指令。
  • 指令就是把机器码中特定的0和1序列,简化成对应的指令(通常为英文简写,如mov,inc等),可读性稍好
  • **因为不一样的硬件平台,执行同一个操做,对应的机器码可能不一样,因此不一样的硬件平台的同一种指令(好比mov),对应的机器码也可能不一样。

指令集指针

不一样的硬件平台,各自支持的指令,是有差异的。所以每一个平台所支持的指令,称之为对应平台的指令集。如常见的:

  • x86指令集,对应的是x86架构的平台
  • ARM指令集,对应的是ARM架构的平台

汇编语言

  • 因为指令的可读性仍是太差,因而人们又发明了汇编语言。
  • 在汇编语言中,用助记符(Mnemonics)代替机器指令的操做码用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替指令或操做数的地址。在不一样的硬件平台,汇编语言对应着不一样的机器语言指令集,经过汇编过程转换成机器指令。
  • 因为计算机只认识指令码,因此用汇编语言编写的程序还必须翻译(汇编)成机器指令码,计算机才能识别和执行。

高级语言

  • 为了使计算机用户编程序更容易些,后来就出现了各类高级计算机语言。

  • 高级语言比机器语言、汇编语言更接近人的语言当计算机执行高级语言编写的程序时,仍然须要把程序解释和编译成机器的指令码。完成这个过程的程序就叫作解释程序或编译程序。

  • 高级语言也不是直接翻译成 机器指令

    • 首先须要经过编译阶段,将高级语言翻译为为汇编语言
    • 再经过汇编阶段,将生成的汇编语言翻译成机器指令

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字节码

  • 字节码是一种中间状态(中间码)的二进制代码(文件),它比机器码更抽象,须要直译器转译后才能成为机器码
  • 字节码主要为了实现特定软件运行和软件环境、与硬件环境无关
  • 字节码的实现方式是经过编译器和虚拟机器。编译器将源码编译成字节码,特定平台上的虚拟机器将字节码转译为能够直接执行的指令。
  • 字节码典型的应用为:Java bytecode