文档介绍：优秀设计
优秀设计
Java虚拟机的10年
摘要:JVM的设计目标是提供一个基于抽象规格描述的计算机模型,为解释程序开发人员提供很好的灵活性,同时也确保Java代码可在符合该规范的任何系统上运行。
关键字:虚拟机接口语言
Java虚拟机的起源与构造
当我们说到“Java”这个词的时候,指的是四个相互关联的概念:Java语言、 Java API、Java Class文件格式、Java虚拟机。整个Java体系是基于Java 虚拟机构造的,正因为如此,才能实现Java的安全性和网络移动性。Java并非是第一个采用“虚拟机”概念的体系,但却是第一个得到广泛运用的虚拟机平台。“虚拟”,是一种隔离物理资源与逻辑资源的手段。Java虚拟机的“虚拟”,则是用来隔离物理机器、底层操作系统与Java语言规范实现的手段。
虽然Java是一种面向对象的语言,我们平时大量使用的,是对象间的多态、position)、委派(Delegation),但当我们讨论虚拟机的时候,我们看见的基本概念却是“栈(Stack)”和“堆(Heap)”。根据冯诺依曼的“存储计算”模型,所有的代码都保存在代码空间中,随着程序计数器指针的变化进行程序的执行、跳转。Java虚拟机中没有寄存器的概念,方法调用是采用“栈”进行的,这是一种安全、简洁的方法。
Java虚拟机通过类装载器支持对类的隔离,这也是Java实现安全性的基础。每个类都具有自己的命名空间,在具有不同安全级别的沙箱中运行,因此不会产生低安全级别的代码来越权访问高级别代码的机会。类装载器的出现是Java虚拟机与大部分用C实现的虚拟机的显著不同之处。
Java虚拟机的另外一个显著特点就是实现了自动的垃圾收集。在往常,写程序的时候要牢记对象之间的关联,在每个程序块中假若申请了对象空间,就必须在出口释放掉,方法调用往往同时也就是对象的边界。而自动垃圾收集带给开发者的最大好处,就是可以非常方便地从整体上把系统的对象组织成一张对象图,只需往这张图中添加对象,维护对象之间的关联,却不需要自己做复杂的清扫工作。正是有了这种思维单纯的对象图的支持,
OR Mapping(关系数据库与对象映射)技术在最近得以大行其道,设计模式也更容易被Java群体所接受。
虚拟机的优化
1995年第一代的Java出台之时,其虚拟机执行是依靠“字节码解释器(Byte Code Interceptor)”的,也就是说每条指令都由虚拟机来当场解释执行,这造成速度令人抓狂地缓慢。更有甚者有人开始总结许多的“速度优化经验”,比如说:“尽量把所有的代码都放在较大的方法中执行”与“少用接口”等等,这完全与Java语言的设计目的背道而驰,现在看起来是多么可笑的奇谈怪论,当时却是很多程序员津津乐道的经验之谈。无他,Java本身执行太慢了。Java生命的前十分之三就是如此缓慢地渡过的。
于是,Sun的工程师开始拼命想着提高执行速度。JIT静态编译器的出现是在1996年十月,Sun放出了第一个编译器。JIT编译器在每段代码执行前进行编译,编译的结果为本地静态机器码,执行速度有了质的提高。Symantec公司当时凭借其傲人的JIT编译器,在整个Java界受到热烈的追捧。在其后的1998年,Java ,附带了JIT编译器,从此Java的使用者终于可以抛开上面说的那些奇怪的“速度优化经验”了。
JIT静态编译器虽然可以解决一些问题,但是性能仍然和C/C++有很大的差距。对一段程序而言,一名优秀的程序员是如何来改进运行速度的呢?首先,他不会傻到把所有的代码都来优化,他会观察、思考到底哪段代码对整体性能影响最大?然后集中精力来优化这一段代码。按照经验,整个程序 10%-20%的代码,会占据 80%-90%的运行时间。用这种方法,在同样的时间、付出同样程度的努力后,这名优秀的程序员使整个程序的性能得到了很大程度的优化。HotSpot引擎,就是模仿人工的这种方法进行优化的。在程序运行的开始,Java代码仍然解释执行,但HotSpot引擎开始进行采样(Profiling)。根据采样的结果,决定某段程序是占用较多运行时间的,就认为它是“HotSpot”,它也就是目前程序的瓶颈,
引擎开始启动一个单独的线程进行优化。因为不象原始的 JIT编译器那样无差别的编译所有代码,HotSpot引擎可以集中精力来对HotSpot代码进行深度优化,这样这部分代码执行起来更加迅捷。之前的静态编译器只能按照预定的策略进行编译优化,而HotSpot引擎的优化是基于采样的结果的,因此这种方法对所有的应用程序都有效。1999年3月27日,Sun放出了第一个HotSpot引擎。在随后的2000年5月的JDK ,包含了HotSopt引擎,