1.JVM 与 Java 体系结构
1.1. 前言
作为 Java 工程师的你曾被伤害过吗是否也遇到过这些问题/p>
- 运行着的线上系统突然卡死，系统无法访问，甚至直接 OOM
- 想解决线上 JVM GC 问题，但却无从下手
- 新项目上线，对各种 JVM 参数设置一脸茫然，直接默认吧然后就 JJ 了
- 每次面试之前都要重新背一遍 JVM 的一些原理概念性的东西，然而面试官却经常问你在实际项目中如何调优 VM 参数，如何解决 GC、OOM 等问题，一脸懵逼
计算机系统体系对我们来说越来越远，在不了解底层实现方式的前提下，通过高级语言很容易编写程序代码。但事实上计算机并不认识高级语言
我们为什么要学习 JVM/strong>
- 面试的需要（BATJ、TMD，PKQ 等面试都爱问）
- 中高级程序员必备技能
- 项目管理、调优的需求
- 追求极客的精神
- 比如：垃圾回收算法、JIT、底层原理
Java vs C++
1.3. Java 及 JVM 简介
TIOBE 语言热度排行榜：index | TIOBE – The Software Quality Company
| Programming Language | 2021 | 2016 | 2011 | 2006 | 2001 | 1996 | 1991 | 1986 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Java | 2 | 1 | 1 | 1 | 3 | 26 | – | – |
| Python | 3 | 5 | 6 | 8 | 27 | 19 | – | – |
| C++ | 4 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 8 |
| C# | 5 | 4 | 5 | 7 | 13 | – | – | – |
| Visual Basic | 6 | 13 | – | – | – | – | – | – |
| JavaScript | 7 | 8 | 10 | 9 | 10 | 32 | – | – |
| PHP | 8 | 6 | 4 | 4 | 11 | – | – | – |
| SQL | 9 | – | – | – | – | – | – | – |
| R | 10 | 17 | 31 | – | – | – | – | – |
| Lisp | 34 | 27 | 13 | 14 | 17 | 7 | 4 | 2 |
| Ada | 36 | 28 | 17 | 16 | 20 | 8 | 5 | 3 |
| (Visual) Basic | – | – | 7 | 6 | 4 | 3 | 3 | 5 |
世界上没有最好的编程语言，只有最适用于具体应用场景的编程语言
JVM：跨语言的平台
Java 是目前应用最为广泛的软件开发平台之一。随着 Java 以及 Java 区的不断壮大 Java 也早已不再是简简单单的一门计算机语言了，它更是一个平台、一种文化、一个 区。
- 作为一个平台，Java 虚拟机扮演着举足轻重的作用
- Groovy、Scala、JRuby、Kotlin 等都是 Java 平台的一部分
- 作为灯种文化，Java 几乎成为了“开源”的代名词。
- 第三方开源软件和框架。如 Tomcat、Struts，MyBatis，Spring 等。
- 就连 JDK 和 JVM 自身也有不少开源的实现，如 openJDK、Harmony。
- 作为一个 区，Java 拥有全世界最多的技术拥护者和开源 区支持，有数不清的论坛和资料。从桌面应用软件、嵌入式开发到企业级应用、后台服务器、中间件，都可以看到 Java 的身影。其应用形式之复杂、参与人数之众多也令人咋舌。
- 随着 Java7 的正式发布，Java 虚拟机的设计者们通过 JSR-292 规范基本实现在Java 虚拟机平台上运行非 Java 语言编写的程序。
- Java 虚拟机根本不关心运行在其内部的程序到底是使用何种编程语言编写的，它只关心“字节码”文件。也就是说 Java 虚拟机拥有语言无关性，并不会单纯地与 Java 语言“终身绑定”，只要其他编程语言的编译结果满足并包含 Java 虚拟机的内部指令集、符 表以及其他的辅助信息，它就是一个有效的字节码文件，就能够被虚拟机所识别并装载运行。
字节码
- 我们平时说的 java 字节码，指的是用 java 语言编译成的字节码。准确的说任何能在 jvm 平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为：jvm 字节码。
- 不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的 JVM 上运行。
- Java 虚拟机与 Java 语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式—Class 文件格式所关联，Class 文件中包含了 Java 虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes）和符 表，还有一些其他辅助信息。
多语言混合编程
- Java 平台上的多语言混合编程正成为主流，通过特定领域的语言去解决特定领域的问题是当前软件开发应对日趋复杂的项目需求的一个方向。
- 试想一下，在一个项目之中，并行处理用 Clojure 语言编写，展示层使用 JRuby/Rails，中间层则是 Java，每个应用层都将使用不同的编程语言来完成，而且，接口对每一层的开发者都是透明的，各种语言之间的交互不存在任何困难，就像使用自己语言的原生 API 一样方便，因为它们最终都运行在一个虚拟机之上。
- 对这些运行于 Java 虚拟机之上、Java 之外的语言，来自系统级的、底层的支持正在迅速增强，以 JSR-292 为核心的一系列项目和功能改进（如 Da Vinci Machine 项目、Nashorn 引擎、InvokeDynamic 指令、java.lang.invoke 包等），推动 Java 虚拟机从“Java 语言的虚拟机”向 “多语言虚拟机”的方向发展。
如何真正搞懂 JVM/strong>
Java 虚拟机非常复杂，要想真正理解它的工作原理，最好的方式就是自己动手编写一个！
自己动手写一个 Java 虚拟机，难吗/p>
天下事有难易乎/p>
为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣
在 JDK11 之前，OracleJDK 中还会存在一些 OpenJDK 中没有的、闭源的功能。但在 JDK11 中，我们可以认为 OpenJDK 和 OracleJDK 代码实质上已经完全一致的程度。
不过，主流的 JDK 8 在 2019 年 01 月之后就被宣布停止更新了。另外， JDK 11 及以后的版本也不再提供免费的长期支持（LTS），而且 JDK 15 和 JDK 16 也不是一个长期支持的版本，最新的 JDK 15 只支持 6 个月时间，到 2021 年 3 月，所以千万不要把 JDK 15 等非长期支持版本用在生产。
JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互
- HotSpot VM 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
- 它采用解释器与即时编译器并存的架构。
- 在今天，Java 程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和 C/C++程序一较高下的地步。
1.7. Java 代码执行流程
- class file 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到 JVM 当中来根据这个文件实例化出 n 个一模一样的实例。
- class file 加载到 JVM 中，被称为 DNA 元数据模板，放在方法区。
- 在.class 文件->JVM->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器 Class Loader），扮演一个快递员的角色。
类的加载过程
用流程图表示上述示例代码：
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