JVM の全体的な構造、実行プロセス、および 2 つのアーキテクチャ モデルの図解による説明。学びましたか？

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JVM 全体構造

• HotSpot VM は、市場における代表的な高性能仮想マシンの 1 つです。
• メソッド領域とヒープ: 複数のスレッドで共有
• 仮想マシンスタック、ローカルメソッドスタック、プログラムカウンタ：各スレッドには独自のコピーがある
• 実行エンジン: インタープリタ、ジャストインタイムコンパイラ (バックエンドコンパイラ)、ガベージコレクタの 3 つの部分から構成されます。
• インタプリタとジャストインタイムコンパイラが共存するアーキテクチャを使用します。
• 現在、Java プログラムの実行パフォーマンスは変革を遂げ、C/C++ プログラムと競合できるレベルに達しています。

Javaコード実行プロセス

Java 仮想マシンで解釈できるバイトコード ファイルのみを生成できるため、理論的にはコード セットを自分で設計できます。

通訳者：応答時間を保証し、通訳と実行のスピードに責任を持つ

JITコンパイラ: コンパイル、バイトコード命令、ホットコードの実行を担当し、メソッド領域にキャッシュし、次回遭遇したときにそれらをバイナリ命令に直接変換します。

JVM アーキテクチャ モデル

Java コンパイラに入力される命令ストリームは基本的にスタックベースの命令セット アーキテクチャであり、もう 1 つの命令セット アーキテクチャはレジスタベースの命令セット アーキテクチャです。

具体的には、これら 2 つのアーキテクチャの違いは次のとおりです。

スタックアーキテクチャに基づく

• 設計と実装が簡単で、リソースが制限されたシステムに適しています。
• レジスタ割り当ての難しさを回避します。ゼロアドレス命令割り当てを使用します。
• 命令ストリーム内の命令のほとんどはゼロアドレス命令であり、その実行プロセスは操作スタックに依存します。命令セットが小さくなり、コンパイラの実装が容易になります。
• ハードウェアサポートは不要、移植性が向上し、クロスプラットフォーム実装が向上

レジスタベースのアーキテクチャ

• 一般的なアプリケーションは、従来の PC や Android の Davlik 仮想マシンなどの x86 バイナリ命令セットです。
• 命令セットアーキテクチャはハードウェアに完全に依存しており、移植性が低いです。
• 優れたパフォーマンスとより効率的な実行
• 操作を完了するために必要な命令が少なくなります。
• ほとんどの場合、レジスタ アーキテクチャに基づく命令セットでは、1 アドレス命令、2 アドレス命令、および 3 アドレス命令が主流となるのに対し、スタック アーキテクチャに基づく命令セットでは、0 アドレス命令が主流となります。

例

2+3 の同じ論理演算を実行するには、次の命令を使用します。

スタックベースのコンピューティング プロセス (Java 仮想マシンを例に挙げます):

 iconst_2 // 定数2がスタックにプッシュされます
istore_1
 iconst_3 // 定数3がスタックにプッシュされます
istore_2
翻訳:
翻訳:
 iadd // スタックから定数2/3をポップし、加算を実行します
istore_0 // 結果5がスタックにプッシュされる

レジスタに基づく計算プロセス

mov eax,2 //eaxレジスタの値を
1add eax,3 //eaxレジスタの値に3を加算する

バイトコードの逆コンパイル

簡単なコードを書いて、バイトコードの逆コンパイル結果を見てみましょう。

パブリッククラスStackStruTest {
公共 静的void main(String[] args) {
整数i = 2 + 3;
  }
 }

次に、コンパイルされたクラスファイルを見つけて、次のコマンドを使用して逆コンパイルします。

 javap -v(詳細) StackStruTest.class

結果のファイルは次のようになります。

公共 静的void main(java.lang.String[]);
    記述子: ([Ljava/lang/String;)V
    フラグ: ACC_PUBLIC、ACC_STATIC
    コード：
      スタック=2、ローカル=4、args_size=1
         0: アイコンst_2
         1: istore_1
         2: アイコンst_3
         3: istore_2
         4: ロード1
         5: ロード2
         6: 追加
         7: istore_3
         8:戻る 
      行番号テーブル:
        9行目: 0
        10行目: 2
        11行目: 4
        12行目: 8
      ローカル変数テーブル:
        開始長さスロット名署名
            0 9 0 引数 [Ljava/lang/String;
            2 7 1 私
            4 5 2 j 私
            8 1 3 キロ 私
  

要約する

クロスプラットフォーム設計のため、Java 命令はすべてスタックに基づいて設計されています。

プラットフォームによって CPU アーキテクチャが異なるため、レジスタベースで設計することはできません。

利点は、クロスプラットフォーム、小さな命令セット、および簡単なコンパイラ実装である。

欠点は、パフォーマンスが低下し、同じ機能を実現するためにより多くの命令が必要になることです。

現在、組み込みプラットフォームは Java プログラムの主流の動作プラットフォームではなくなりましたが (正確には、HotSpotVM のホスト環境は組み込みプラットフォームに限定されなくなりました)、アーキテクチャをレジスタベースのアーキテクチャに変更してみてはいかがでしょうか。

結論：それで十分だから

スタック

クロスプラットフォーム

小さな命令セット

多くの指示

実行パフォーマンスはレジスタよりも悪い