JVM_05_执行引擎

1. 执行引擎是什么

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建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。

JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JVM所识别的字节码指令、符号表，以及其他辅助信息。

那么，如果想要让一个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可以。简单来说，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。

执行引擎在虚拟机中的位置

2. 工作过程

（1）执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器。

（2）每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。

（3） 当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。

 

3. 问题:什么是解释器( Interpreter)，什么是JIT编译器?

解释器:当Java虚拟机启动时会根据预定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。
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。

 

4. 问题:为什么说Java是半编译半解释型语言?

JDK1.0时代，将Java语 言定位为“解释执行”还是比较准确的。再后来，Java也发展出可以直接生成本地代码的编译器。现在JVM在执行Java代码的时候，通常都会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。

 

5. 执行过程

如下图，黄色部分是javac将java代码编译成细字节码文件的过程，绿色部分是解释器的执行流程，蓝色部分是JIT编译器的执行流程

 

 

字节码的说明：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，需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。

6.解释器的即时编译器（JIT）

（1）解释器

解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将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。当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据PC寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。

（2）JIT编译器

第一种是将源代码编译成字节码文件，然后在运行时通过解释器将字节码文件转为机器码执行；
第二种是编译执行( 直接编译成机器码)。现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译技术将方法编译成机器码后再执行。

7.为什么HotSpot使用解释器和即时编译器并存的架构？

当程序启动后，解释器可以马上发挥作用，省去编译的时间，立即执行。
编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后，执行效率高。
所以：
尽管JRockit VM中程序的执行性能会非常高效，但程序在启动时必然需要花费更长的时间来进行编译。对于服务端应用来说，启动时间并非是关注重点，但对于那些看中启动时间的应用场景而言，或许就需要采用解释器与即时编译器并存的架构来换取一一个平衡点。在此模式下，当Java虚拟器启动时，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成后再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。随着时间的推移，编译器发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。

同时，解释执行在编译器进行激进优化不成立的时候，作为编译器的“逃生门”——后备方案。

8.HotSpot JVM的执行方式

当虛拟机启动的时候，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。并且随着程序运行时间的推移，即时编译器逐渐发挥作用，根据热点探测功能，将有价值的字节码编译为本地机器指令，以换取更高的程序执行效率。