JVM学习之Java技术体系

目录

• 一、Java技术体系
  • 1、Java体系构成
  • 2、JDK、JRE、JVM之前的关系
• JVM介绍
  • （1）JVM官方文档定义
  • （2）中文解释
• JVM结构
• Java代码执行流程
• JVM架构模型
  • 1、指令架构
    • （1）基于栈式架构
    • （2）基于寄存器架构
  • 2、例子
    • （1）Java源码
    • （2）C++源码
    • （3）基于栈式结构计算过程
    • （4）基于寄存器结构计算过程
  • 3、思考

一、Java技术体系

1、Java体系构成

1）Java程序语言

2）Java虚拟机

3）字节码文件

4）Java类库

5）第三方Java类库

2、JDK、JRE、JVM之前的关系

1）JDK：Java程序语言、Java虚拟机和Java类库统称为JDK（Java Development Kit）

2）JRE：Java类库中的Java SE和Java虚拟机统称为JDR（Java Runtime Enviroment）

JVM介绍

（1）JVM官方文档定义

The Java Virtual Machine is an abstract computing machine. Like a real computing machine, it has an instruction set and manipulates various memory areas at run time. It is reasonably common to implement a programming language using a virtual machine; the best-known virtual machine may be the P-Code machine of UCSD Pascal.

The Java Virtual Machine knows nothing of the Java programming language, only of a particular binary format, the classfile format. Aclass file contains Java Virtual Machine instructions (or *bytecodes*) and a symbol table, as well as other ancillary information.

（2）中文解释

Java虚拟机是一个抽象的计算机（本质上就是可运行程序）。它和真实的计算机相似，具有指令集且能够在运行时对内存区域进行操作。Java虚拟机并不能直接解释Java语言，它只能够解释特定的二进制格式，即.class文件（字节码文件）。

JVM结构

Java代码执行流程

JVM架构模型

1、指令架构

（1）基于栈式架构

​ a）设计和实现更简单

​ b）指令集小，编译器易实现

​ c）不需要硬件支持，可移植性更好，更容易实现跨平台

（2）基于寄存器架构

​ a）依赖硬件，可移植性查

​ b）执行效率高

2、例子

（1）Java源码

public class StackTest {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 2;
        int b = 3;
        int c = a + b;
    }
}

（2）C++源码

void test() {
    int a = 2;
    int b = 3;
    int c = a + b;
}

（3）基于栈式结构计算过程

---

使用jclasslib查看字节码

0 iconst_2    常量为2
1 istore_1    将常量2保存至索引为1的操作数栈中
2 iconst_3    常量为3
3 istore_2    将常量2保存至索引为2的操作数栈中
4 iload_1     加载操作数栈索引为1所对应的值
5 iload_2     加载操作数栈索引为2所对应的值
6 iadd        相加
7 istore_3    将相加结果保存至索引为3的操作数栈中
8 return

（4）基于寄存器结构计算过程

Android studio编写完后使用ida查看指令，ARM32下的汇编指令

SUB             SP, SP, #0xC
MOVS            R0, #2                      操作数2移动至R0寄存器
STR             R0, [SP,#0xC+var_4]         R0寄存器的值写入[SP,#0xC+var_4]地址
MOVS            R0, #3                      操作数3移动至R0寄存器
STR             R0, [SP,#0xC+var_8]         R0寄存器的值写入[SP,#0xC+var_8]地址
LDR             R0, [SP,#0xC+var_4]         [SP,#0xC+var_4]的值读入R0寄存器
LDR             R1, [SP,#0xC+var_8]         [SP,#0xC+var_8]的值读入R1寄存器
ADD             R0, R1                      R0, R1寄存器相加,结果放置R0寄存器
STR             R0, [SP,#0xC+var_C]         R0寄存器的值写入[SP,#0xC+var_C]地址
ADD             SP, SP, #0xC
BX              LR

3、思考

网上常有结论，在完成相同操作的情况下，基于栈式架构比基于寄存器架构的指令路量要多。这种说法严谨吗？

可以从上面例子中，可以看出ARM32下的基于寄存器架构的指令数量并不比基于栈式结构的指令数量少。很多人只讨论了x86架构下的指令数量，而忽略了ARM架构下的指令集数量。