深入理解java虚拟机第三版读书笔记01

做笔记之前的感言

谈到《深入理解java虚拟机》,在业内可太有名了,是国内的一位大神写的一本关于java虚拟机的畅销书,基本上对java稍有深入的程序员都听说过这本书。不过遗憾的是,这本书第二版的创作背景是java7,而在过了这么多年java的更新之后,jvm内部也发生了许多变化,最近听闻这本书的第三版出来了,赶紧买了一本来看。

深入理解java虚拟机第三版读书笔记01

以下是第一章 走进Java的内容

java技术体系

从广义上讲,Kotlin、Clojure、JRuby、Groovy等运行于Java虚拟机上的编程语言及其相关的程序都属于Java技术体系中的一员。如果仅从传统意义上来看,JCP官方所定义的Java技术体系包括了以下几个组成部分:
+ Java程序设计语言
+ 各种硬件平台上的Java虚拟机实现
+ Class文件格式
+ Java类库API
+ 来自商业机构和开源社区的第三方Java类库

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JavaEE中对JavaSE中的针对性补充一般以javax.*作为包名。

java发展史

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1995年5月23日,Oak语言改名为Java,并且在SunWorld大会上正式发布Java 1.0版本。Java语言第一次提出了“Write Once,Run Anywhere”的口号。

  • JDK 1.0版本的代表技术包括:Java虚拟机、Applet、AWT等。
  • JDK 1.1版的技术代表有:JAR文件格式、JDBC、JavaBeans、RMI等。Java语言的语法也有了一定的增强,如内部类(Inner Class)和反射(Reflection)都是在这时候出现的。
  • JDK 1.4同样带来了很多新的技术特性,如正则表达式、异常链、NIO、日志类、XML解析器和XSLT转换器
  • JDK 5在Java语法易用性上做出了非常大的改进。如:自动装箱、泛型、动态注解、枚举、可变长参数、遍历循环(foreach循环)等语法特性都是在JDK 5中加入的。在虚拟机和API层面上,这个版本改进了Java的内存模型(Java Memory Model,JMM)、提供了java.util.concurrent并发包等。
  • JDK 6的改进包括:提供初步的动态语言支持(通过内置Mozilla JavaScript
    Rhino引擎实现)、提供编译期注解处理器和微型HTTP服务器API,等等。同时,这个版本对Java虚拟机内部做了大量改进,包括锁与同步、垃圾收集、类加载等方面的实现都有相当多的改动。
  • JDK 7包含的改进有:提供新的G1收集器、加强对非Java语言的调用支持(JSR-292,这项特性在到JDK 11还有改动)、可并行的类加载架构等。
  • JDK 8提供了那些曾在JDK 7中规划过,但最终未能在JDK 7中完成的功能,主要包括:对Lambda表达式的支持,这让Java语言拥有了流畅的函数式表达能力、内置Nashorn JavaScript引擎的支持、新的时间、日期API、彻底移除HotSpot的永久代
  • 除了Jigsaw外,JDK 9还增强了若干工具(JS Shell、JLink、JHSDB等),整顿了
    HotSpot各个模块各自为战的日志系统,支持HTTP 2客户单API等91个JEP。
  • JDK 11发布,这是一个LTS版本的JDK,包含17个JEP,其中有ZGC这样的革命性的垃圾收集器出现。
  • JDK 12发布,只包含8个JEP,其中主要有Switch表达式、Java微测试套件(JMH)等新功能,最引人注目的特性无疑是加入了由RedHat领导开发的Shen-andoah垃圾收集器。

java虚拟机家族

虚拟机始祖:Sun Classic/Exact VM

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java技术的未来

无语言倾向

2018年4月,Oracle Labs新公开了一项黑科技:Graal VM

Graal VM被官方称为“Universal VM”和“Polyglot VM”,这是一个在HotSpot虚拟机基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机,可以作为“任何语言”的运行平台使用,这里“任何语言”包括了Java、Scala、Groovy、Kotlin等基于Java虚拟机之上的语言,还包括了C、C++、Rust等基于LLVM的语言,同时支持其他像JavaScript、Ruby、Python和R语言等。Graal VM可以无额外开销地混合使用这些编程语言,支持不同语言中混用对方的接口和对象,也能够支持这些语言使用已经编写好的本地库文件。

新一代即时编译器

HotSpot虚拟机中含有两个即时编译器,分别是编译耗时短但输出代码优化程度较低的客户端编译器(简称为C1)以及编译耗时长但输出代码优化质量也更高的服务端编译器(简称为C2),通常它们会在分层编译机制下与解释器互相配合来共同构成HotSpot虚拟机的执行子系统

JDK 10起,HotSpot中又加入了一个全新的即时编译器:Graal编译器,看名字就可以联想到它是来自于前一节提到的Graal VM。Graal编译器是以C2编译器替代者的身份登场的。C2的历史已经非常长了,可以追溯到Cliff Click大神读博士期间的作品,这个由C++写成的编译器尽管目前依然效果拔群,但已经复杂到连Cliff Click本人都不愿意继续维护的程度。而Graal编译器本身就是由Java语言写成,实现时又刻意与C2采用了同一种名为“Sea-of-Nodes”的高级中间表示(High IR)形式,使其能够更容易借鉴C2的优点。Graal编译器比C2编译器晚了足足二十年面世,有着极其充沛的后发优势,在保持输出相近质量的编译代码的同时,开发效率和扩展性上都要显著优于C2编译器,这决定了C2编译器中优秀的代码优化技术可以轻易地移植到Graal编译器上,但是反过来Graal编译器中行之有效的优化在 C2编译器里实现起来则异常艰难。这种情况下,Graal的编译效果短短几年间迅速追平了C2,甚至某些测试项中开始逐渐反超C2编译器。Graal能够做比C2更加复杂的优化,如“部分逃逸分析”(Partial Escape Analysis),也拥有比C2更容易使用激进预测性优化(Aggressive Speculative Optimization)的策略,支持自定义的预测性假设等。

向Native迈进

微服务架构的兴起促进java提前编译技术的发展

Substrate VM是在Graal VM 0.20版本里新出现的一个极小型的运行时环境,包括了独立的异常处理、同步调度、线程管理、内存管理(垃圾收集)和JNI访问等组件,目标是代替HotSpot用来支持提前编译后的程序执行。它还包含了一个本地镜像的构造器(Native Image Generator),用于为用户程序建立基于Substrate VM 的本地运行时镜像。这个构造器采用指针分析(Points-To Analysis)技术,从用户提供的程序入口出发,搜索所有可达的代码。在搜索的同时,它还将执行初始化代码,并在最终生成可执行文件时,将已初始化的堆保存至一个堆快照之中。这样一来,Substrate VM就可以直接从目标程序开始运行,而无须重复进行Java虚拟机的初始化过程。但相应地,原理上也决定了Substrate VM必须要求目标程序是完全封闭的,即不能动态加载其他编译器不可知的代码和类库。基于这个假设,Substrate VM才能探索整个编译空间,并通过静态分析推算出所有虚方法调用的目标方法。

灵活的胖子

经过一系列的重构与开放,HotSpot虚拟机逐渐从时间的侵蚀中挣脱出来,虽然代码复杂度还在增长,体积仍在变大,但其架构并未老朽,而是拥有了越来越多的开放性和扩展性,使得HotSpot成为一个能够联动外部功能,能够应对各种场景,能够学会十八般武艺的身手灵活敏捷的“胖子”。

语言语法持续增强

随着Java每半年更新一次的节奏,新版本的Java中会出现越来越多其他语言里已有的优秀特性,相信博采众长的Java,还能继续保持现在的勃勃生机相当长时间。

原创文章,作者:彭晨涛,如若转载,请注明出处:https://www.codetool.top/article/%e6%b7%b1%e5%85%a5%e7%90%86%e8%a7%a3java%e8%99%9a%e6%8b%9f%e6%9c%ba%e7%ac%ac%e4%b8%89%e7%89%88%e8%af%bb%e4%b9%a6%e7%ac%94%e8%ae%b001/

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