JVM 实战(7)

11、JVM 实战 - 执行引擎

1、执行引擎概述

执行引擎是Java虚拟机核心的组成部分之一，虚拟机的执行引擎由软件自行实现，能够执行不被硬件直接支持的指令格式，物理机的执行引擎是操作系统层面上。

执行引擎的工作过程：

1、执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器；
2、每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址；
3、当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息；

2、Java 代码编译和执行过程

大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前，都需要经过上图中的各个步骤

为什么说 Java是半编译半解释型语言？

JVM在执行Java代码的时候，通常会将解释执行与编译执行二者结合起来进行

3、机器码，指令，汇编语言

机器码：各种采用二进制编码方式表示的指令，叫做机器指令码、机器语言。机器指令与CPU紧密相关，不同种类的CPU所对应的机器指令也就不同。

指令：

由于机器码由01组成，可读性太差。于是人们发明了指令
指令就是把机器码特定的0和1序列，简化成对应的指令，一般为英文编写如mov，inc等，可读性稍好
由于不同的硬件平台，执行同一个操作，对应的机器码可能不同。所以不同的硬件平台的同一种指令，对应的机器码也可能不同

指令集：

不同硬件平台，各自支持的指令，是有差别的。因此每个平台所支持的指令，称之为对应平台的指令集
x86指令集，对应的x86架构的平台
ARM指令集，对应的是ARM架构的平台

汇编：

由于指令的可读性太差，于是又有了汇编语言
汇编语言用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号或标号，代替指令或操作数的地址。
汇编语言要翻译成机器指令码，计算机才能识别和执行

4、解释器

当Java虚拟机启动时，会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，将每条字节码文件中的内容翻译为对应平台的本地机器指令执行。解析器真正意义上所承担的角色就是一个运行时翻译者，将字节码文件中的内容翻译为对应的平台的本地机器指令执行。

当一条字节码指令被解释执行完成后，接着在根据PC寄存器中的记录下一条需要被执行的字节码执行解释执行。

古老的字节码解释器
现在普遍使用的模板解释器：将每一条字节码和一个模板函数相关联，模板函数直接产生这条字节码执行时的机器码，提高解释器的性能。

HotSpot中：

Interpreter模块：实现了解释器的核心功能。
Code模块：用于管理HotSpot在运行时生成的本地机器指令。

5、JIT 编译器

虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言。

JVM平台支持一种叫做即时编译的技术，目的是避免解释执行，而是将整个函数体编译成机器码，每次函数执行时，只执行编译后的机器码即可。使执行效率大幅提升。

为什么两条腿走路？

首先程序启动后，解释器可以马上发挥作用，省去编译时间，立即执行。
编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后执行效率更高。
对于服务端应用，启动时间并非关注重点，但是对于看重启动时间的应用场景，就需要找到一个平衡点。
当 Java虚拟机启动时，解释器可以首先发挥作用，而不是等待即时编译器全部编译完成后再执行，这样可以省去很多不必要的编译时间，随着时间的推移，编译器发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。