JVM内存和垃圾回收-11.执行引擎

1.概述

• 物理机的执行引擎是直接建立在CPU、缓存、指令集和OS层面上的；JVM的执行引擎由软件实现，能够执行不被硬件直接支持的指令集格式

• 字节码不能直接运行在OS(因为字节码指令不等价于本地机器指令)，执行引擎将字节码指令解释/JIT编译为对应平台的本地机器指令

2.Java代码编译和执行过程

橙色部分即通过javac命令生成一系列的字节码指令(前端编译器的工作)

绿色和蓝色部分是JVM需要执行的部分

下图即绿色(解释器的工作)和蓝色(JIT编译器的工作)部分详细图解：

• 解析器：JVM根据预定义规范对字节码进行逐行解释
• JIT编译器(即时编译器)：JVM将源代码直接编译成和本地机器相关的机器语言

为什么Java是半解释半编译型语言？并不是因为源代码先翻译为字节码文件，字节码文件再解释执行(Java1.0时期的解释，因为没有JIT编译器)。而是因为字节码在生成机器指令时既可以使用解析器，也可使用JIT编译器

3.机器码、指令、汇编语言、字节码

3.1 机器码

• 各种用二进制编码方式表示的指令
• 用它编写的程序输入到计算机，CPU直接读取运行
• 不同的CPU对应的机器指令不同

3.2 指令

• 把机器码中特定的0/1序列简化为对应的指令(如mov、inc等)

• 不同的硬件平台的同一个指令对应的机器码可能不同

• 不同的硬件平台支持的指令是有差别的，所以每个平台有自己的指令集

3.3 汇编语言

• 使用助记符替换指令的操作码，用地址符号替换指令的地址

3.4 字节码

• 二进制文件，但是比机器码抽象

• 与硬件环境无关(即不同的编译器可以编译出相同的字节码文件)，主要为了实现特定软件运行和软件环境(即字节码文件在不同的JVM上运行)

• 编译器将源码编译成字节码，特定平台上的虚拟机将字节码转译为可直接执行的指令

为什么不直接将源文件编译为不同平台的虚拟机可以执行的文件，还需要一个中间产物字节码，这不也同样也能实现字节码文件提供的跨平台性？为了实现跨语言，假设源文件是不同编程语言编写的文件，此时编写为具有相同标准的字节码文件可以方便虚拟机去编译

4.解释器

• 将字节码中的内容翻译为对应平台的本地机器指令执行
• 一条字节码指令被解释执行后，将PC寄存器中记录的下一条的字节码指令解释执行

5.JIT编译器

• 将整个函数体直接编译为机器码并进行缓存，然后CPU直接执行

既然有JIT编译器，为什么还需要解释器(比如JRockit VM就全靠JIT编译器执行)？因为JVM启动后，解释器可以先发挥作用，不必等JIT编译器全部编译再执行，省去许多不必要的编译时间。随着程序运行时间推移，JIT编译器中的热点探测功能将有价值的字节码编译为本地机器指令，提高执行效率