初识JVM
做了这么久的开发,到目前为止对JVM也只是一些简单的概念上的理解,正好周末于是将JVM的学习提上日程。
JVM 概念
JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译,到处运行”的原因。(摘录自百度百科)
JVM 规范
JVM 规范主要定义了二进制 class 文件 和 JVM 指令集等
- class 文件类型
- 运行时数据
- 帧栈
- 虚拟机的启动
- 虚拟机的指令集
- 类型转化(l2i)
- 出入栈操作(aload astore)
- 运算(iadd isub)
- 流程控制(ifeq ifne)
- 函数调用(invokevirtual invokeinteeerface invokespespecial invokestatic)
- 整数的表达
- 源码:第一位为符号位(0为正数,1为负数)
7
原码:00000111
- 反码:符号位不动,原码区反
6
原码:00000110
反码:01111001
- 负数补码:符号位不动,反码加1
-5
原码:10000101
反码:11111010
补码:11111011
- 正数补码:和原码相同
5
原码:00000101
反码:01111010
补码:00000101
- 打印整数二进制
int a = 6;
for(int i = 0; i < 32; i++){
int t = (a & 80000000 >>>i) >>> (31 - i);
System.out.print(t);
}
第一次循环:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (6的原码)
1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (80000000 >>> 0 的值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (6 & 80000000 >>> 0)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (上面结果向右位移31位的值)
第二次循环:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (6的原码)
0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (80000000 >>> 1 的值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (6 & 80000000 >>> 1)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (上面结果向右位移30位的值)
.
.
.
第三十次循环:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (6的原码)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 (80000000 >>> 29 的值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 (6 & 80000000 >>> 29)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 (上面结果向右位移2位的值)
第三十一次循环:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (6的原码)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 (80000000 >>> 30 的值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 (6 & 80000000 >>> 30)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 (上面结果向右位移1位的值)
第三十二次循环:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0110 (6的原码)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 (80000000 >>> 31 的值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (6 & 80000000 >>> 31)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (上面结果向右位移0位的值)
因为int值为32位,所以上述计算均为32位码计算,最后将每次循环所得的数打印连接就是6的二进制码
- 为什么要使用补码
- 补码可以直接参与加法运算,符号位也可以直接参与运算,最后计算结果为正数则符号位是可以被进位进掉的
计算:-6+5=-1
11111010
00000101
11111111(-1的补码)
计算:-4+5=1
11111100
00000101
00000001
- 表示0
因为0既不是正数也不是负数,那么我们在计算机中怎么表示0呢?
0
正数表示:00000000
负数表示:10000000
正数补码:00000000
负数补码:00000000
结果发现0不论是表示为正数还是负数它的补码都是00000000
- 浮点数的表示
一个浮点数 (Value) 的表示其实可以这样表示:
也就是浮点数的实际值,等于符号位(sign bit)乘以指数偏移值(exponent bias)再乘以分数值(fraction)。
对于不同长度的浮点数,阶码与小数位分配的数量不一样,如下:
类型 | 数符 | 阶码 | 尾数 | 总位数 | 偏移值 |
---|---|---|---|---|---|
短实数 | 1 | 8 | 23 | 32 | 127 |
长实数 | 1 | 11 | 52 | 64 | 1023 |
零时实数 | 1 | 15 | 64 | 80 | 16383 |
- 我们对单精度浮点数为例,数符分配是1位,阶码分配了8位,尾数分配了是23位
- 例如: -5.125
符号位:1
整数部分:00000101(除2求余法)
小数部分:001(乘2求整法)
整体则为:00000101.001
转化二进制浮点数,使得整数未为1 1.01001 * 10 10为二进制2,表示小数点位移2位
阶码:单精度的浮点数阶码为8,偏移值为01111111 则 10 + 01111111 = 10000001
尾数:01001
则二进制码为: 1 10000001 01001000000000000000000(数符 阶码 尾数)
- JVM 需要对java Library 提供以下支持
- 反射 java.lang.reflect
- ClassLoader
- 初始化 class 和 interface
- 安全相关 java.security
- 多线程
- 弱引用
- JVM的编译
- 原码到JVM指令的对应格式
- javap
- JVM 反汇编格式
<index><opcode>[<operand1>[operand2]][<commend>]
for(i = 0; i < 100; i++){
}
上述代码对应的汇编语言为:
0 iconst_0 //Push int constant 0
1 istore_1 //Store into local variavle 1 (i=0)
2 goto 8 //Fist time through don`t increment
5 iinc 1 1 //Increment local variable 1 by 1(i++)
8 iload_1 //Push local variable 1 (i)
9 bipush 100 //Push int constant 100
11 if_icmplt 5 //Compare and loop if less than (i<100)
14 return //Return void when done
今天也算是对jvm有一个初步的了解,后续将对jvm有一个更深层次的学习,如果有什么不对的地方希望各位大佬及时指正。
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