虚拟机视角

  1. 将class文件加载到JVM中，加载后的Java类会被存放在方法区，实际运行时，虚拟机会执行方法区内的代码
  2. JVM同样会将内存划分出堆和栈来存储运行时数据，栈会细分本地方法栈和Java方法栈
  3. PC寄存器：用于记录各个线程的执行位置
  4. 在运行过程中，每当调用进入一个Java方法，JVM会在当前线程的Java方法栈中生成一个栈帧
    • 栈帧用于存放局部变量表和操作数
    • 栈帧的大小是提前计算好的，并且JVM不要求栈帧在内存空间里连续分布
  5. 当退出当前执行的方法时，不管是正常返回还是异常返回，JVM都会弹出并舍弃当前线程的当前栈帧

硬件视角

  1. Java字节码无法直接执行，需要JVM将字节码翻译成机器码，有两种形式：解析执行+即时编译
    • 解释执行：逐条将字节码翻译成机器码并执行，无需等待编译
    • 即时编译（JIT）：将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后再执行，实际运行速度更快
  2. HotSpot默认采用混合模式，先解析执行 字节码，然后将其反复执行的热点代码，以方法为单位 进行即时编译
    • 即时编译建立在2-8定律的假设之上
    • 对于占据大部分的不常用代码，无需耗费时间将其编译成机器码，而是采用解释执行的方式
    • 对于仅占小部分的热点代码，我们可以将其编译成机器码，以达到理想的运行速度

JVM的运行效率

  1. 理论上讲，即时编译后的Java程序的执行效率，是有可能超过C++程序的，这是因为与静态编译相比，即时编译拥有程序的运行时信息，并且能够根据这个信息作出相应的优化
  2. 为了满足不同用户场景的需要，HotSpot内置了多个即时编译器：C1、C2和Graal（Java 10引入，实验性）
    • 引入多个即时编译器，是为了在编译时间和生成代码的执行效率之间进行取舍
    • C1又叫做Client编译器，面向对启动性能有要求的GUI程序，采用的优化手段相对简单，因此编译时间较短
    • C2又叫做Server编译器，面向对是对峰值性能有要求的服务端程序，采用的优化手段相对复杂，因此编译时间较长，但生成代码执行效率较高
  3. 从Java 7开始，HotSpot默认采用分层编译的方式，热点方法首先会被C1编译，而后热点方法中的热点会进一步被C2编译
  4. 为了不干扰应用的正常运行，HotSpot的即时编译是放在额外的编译线程中进行的，HotSpot会根据CPU的数量设置编译线程的数目，默认按1:2的比例配置给C1和C2编译器
  5. 在计算资源充足的情况下，字节码的解释执行和即时编译可同时进行。解析完成后的机器码会在下一次调用该方法时启用，以替换原本的解释执行

参考资料

深入拆解Java虚拟机