深入理解java:1.2. 字节码执行引擎

执行引擎是Java虚拟机的核心组成部分之一。

 

首先,想想C++和Java在编译和运行时到底有啥不一样?

下图左边,C++发布的就是机器指令,

而下图右边Java发布的是字节码,字节码在运行时通过JVM的类加载器,加载到JVM的虚拟内存的方法区,

再通过编译器、解释器做一次转换生成机器指令。执行引擎正是执行了这样的过程:输入的是内存中的字节码,处理过程是字节码解析的 等效过程,输出的是执行结果。

 

其次,再来看下图,JVM的内存结构:

 

 

一、执行方法。

每个线程在创建后,都会产生一个程序计数器(pc)和栈(Stack)。

其中pc中存放了下一条将要执行的指令;

Stack中存放Stack Frame,存储了 当前正在执行的方法的信息,

每个方法的执行都会产生Stack Frame,Stack Frame中存放了   传递给方法的参数、方法内的局部变量以及操作数栈;

 

操作数栈用于存放指令运算的中间结果;

操作数栈在概念上很像CPU寄存器(CPU的内部元件:指令寄存器IR和程序计数器PC)。

java虚拟机无法使用寄存器,所以就用 操作数栈 来存放数据。

虚拟机把操作数栈作为它的工作区 —— 大多数指令都要从这里弹出数据,执行运算,然后把结果压回操作数栈。

比如,iadd指令就要从操作数栈中弹出两个整数,执行加法运算,其结果又压回到操作数栈中。

 

基于(操作数)栈的指令集 和基于寄存器的区别,

基于栈的指令集 是和硬件无关的,而基于寄存器则依赖于硬件基础。

基于寄存器在效率上优势。

但是虚拟机的出现,就是为了提供跨平台的支持,所以jvm的执行引擎是基于栈的指令集。

 

当方法执行完毕后则从Stack中弹出,继续其他方法的执行。

在继续执行方法时,JVM主要提供了invokestatic、invokevirtual、invokeinterface和invokespecial四种指令来执行。

 

在类加载的第二阶段--链接的第三阶段--解析,就确定下来的,属于编译期可知,运行期不可变的方法:

(1) invokestatic:调用类的static方法,属于绑定类的调用

(2) invokespecial: 调用构造器,私有方法和父类方法,外部不可访问,绑定实例对象

还有一种是在运行时候解析的,只有在运行时才能确定下来的,主要包含以下两方面:

(3) invokeinterface:调用接口方法,不确定调用那一个实现类

(4) invokevirtual: 调用虚方法,不确定调用哪一个实现类 

 

二、执行技术

主要的执行技术有:解释,即时编译,自适应优化、芯片级直接执行

(1)解释:属于第一代JVM;

(2)即时编译:JIT属于第二代JVM;

(3)自适应优化:(目前Sun的HotspotJVM采用这种技术)吸取第一代JVM和第二代JVM的经验,采用两者结合的方式。

开始对所有的代码都采取解释执行的方式,

并监视代码执行情况,然后对那些 经常 调用的方法启动一个后台线程,将其编译为本地代码,并进行仔细优化。

若方法不再频繁使用,则取消编译过的代码,仍对其进行解释执行;

(4)芯片级直接执行:内嵌在芯片上,用本地方法执行Java字节码。

 

posted @ 2017-04-23 17:46  张俊鸿  阅读(...)  评论(...编辑  收藏