你好，我是方向盤(YourBatman)，坐穩(wěn)扶好，開(kāi)始發(fā)車。

前言

如何理解Java是跨平臺(tái)的語(yǔ)言？Java是編譯型語(yǔ)言還是解釋型語(yǔ)言？JDK、JRE、JVM有什么區(qū)別？

這三個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，都繞不開(kāi)一個(gè)主題詞：JVM。每一個(gè)Javaer都知道它，可謂又愛(ài)又恨，愛(ài)它是因?yàn)殡y，恨它也是因?yàn)殡y。

本文當(dāng)然不是要去“深入理解Java虛擬機(jī)”，JVM發(fā)展這么多年，已有非常非常多關(guān)于它的權(quán)威的書(shū)籍、文章、視頻，雖然大都是一看就會(huì)，一做就廢...

本文非常輕松，問(wèn)自己這個(gè)問(wèn)題：“JVM除了HotSpot，你還知道哪些？”然后一起來(lái)了解了解JVM的發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品。

正文

一個(gè)Java虛擬機(jī)（JVM）是從未被物理建成硬件假想計(jì)算機(jī)。JVM 運(yùn)行編譯成其虛構(gòu)指令集的程序，該指令集作為稱為字節(jié)碼的中間表示寫入存儲(chǔ)。

在運(yùn)行時(shí)，字節(jié)碼必須從虛構(gòu)的指令集轉(zhuǎn)換為主機(jī) CPU 的實(shí)際指令集。這可以由“口譯員”即時(shí)完成。或者字節(jié)碼可以被完全編譯和緩存，以比通過(guò)解釋器運(yùn)行得更快，在一個(gè)稱為即時(shí) (JIT) 編譯的過(guò)程中。

幾十年來(lái)，有許多JVM 的實(shí)現(xiàn)。到現(xiàn)在的2022年，大多數(shù)都已經(jīng)消失了。

基礎(chǔ)知識(shí)

老規(guī)矩，首先來(lái)個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)鋪墊。

什么是JVM

JVM（Java Virtual Machine），即Java虛擬機(jī)。它是Java程序的運(yùn)行平臺(tái)，是二進(jìn)制字節(jié)碼的運(yùn)行環(huán)境，它有很多發(fā)行的商用版本，其中最著名的當(dāng)屬Oracle官方發(fā)行的，也是JDK默認(rèn)的HotSpot。

JVM發(fā)展到今天，早已不是只為Java服務(wù)。它已然成為跨語(yǔ)言的平臺(tái)。只要是符合規(guī)范的字節(jié)碼文件交給它就可以執(zhí)行，比如Java就是.class字節(jié)碼，其它語(yǔ)言只需要通過(guò)各自的編譯器生成遵循JVM規(guī)范的字節(jié)碼文件，同樣可以運(yùn)行在JVM上。

JVM規(guī)范

Java語(yǔ)言的各個(gè)版本對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)規(guī)范：Java Language and Virtual Machine Specifications。

JVM是虛擬機(jī)，總的來(lái)說(shuō)是一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，虛擬機(jī)有很多實(shí)現(xiàn)版本，是本文將要介紹的內(nèi)容。

JVM所處的位置

JVM運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，和硬件并無(wú)直接交互。字節(jié)碼文件運(yùn)行在JVM之上，從而實(shí)現(xiàn)了字節(jié)碼跨平臺(tái)的效果。從下圖中可以也能得出一種解決問(wèn)題的思想：沒(méi)有加一層解決不了的問(wèn)題，如果有，那就再加一層。

跨平臺(tái)是如何實(shí)現(xiàn)的

這里指的跨平臺(tái)指的不是跨操作系統(tǒng)，而是交給不同操作系統(tǒng)上的虛擬機(jī)幫你執(zhí)行了，屏蔽了底層的適配性。正所謂復(fù)雜度不會(huì)憑空消失，這里只是JVM幫你解決掉/屏蔽掉了這個(gè)復(fù)雜度。

一圖勝千言：

編譯器和解釋器的區(qū)別

• 解釋器：直接執(zhí)行用編程語(yǔ)言編寫的指令的程序。

• 編譯器是把源程序的每一條語(yǔ)句都編譯成機(jī)器語(yǔ)言，并保存成二進(jìn)制文件，這樣運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)可以直接以機(jī)器語(yǔ)言來(lái)運(yùn)行此程序，速度很快。

• 編譯器：把源代碼轉(zhuǎn)換成（翻譯）“低級(jí)”語(yǔ)言的程序。
• 解釋器則是只在執(zhí)行程序時(shí)，才一條一條的解釋成機(jī)器語(yǔ)言給計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，所以運(yùn)行速度是不如編譯后的程序運(yùn)行的快的下面再通過(guò)表格對(duì)比二者詳細(xì)區(qū)別：

JVM發(fā)展史

• 1996年JDK 1.0發(fā)布時(shí)，發(fā)布Sun Classic VM。第一款商用虛擬機(jī)，純解釋執(zhí)行。
• 1997年JDK 1.1發(fā)布時(shí)，虛擬機(jī)沒(méi)有做變更。
• 1998年JDK 1.2發(fā)布時(shí)，提供了Exact VM虛擬機(jī)，但僅限運(yùn)行在Solaris平臺(tái)。默認(rèn)虛擬機(jī)依舊是Sun Classic VM。

• Solaris系統(tǒng)是Sun公司研發(fā)的操作系統(tǒng)，是UNIX操作系統(tǒng)的衍生版本之一。

• 2000年JDK 1.3發(fā)布時(shí)，默認(rèn)虛擬機(jī)由Sun Classic VM改為大名鼎鼎的Sun HotSopt VM。
• 此時(shí)Sun Classic VM還并未移除，作為備用。
• 2002年JDK 1.4發(fā)布時(shí)，Sun HotSpot VM站穩(wěn)腳跟一直默認(rèn)都現(xiàn)在，Sun Classic VM徹底退出商用虛擬機(jī)舞臺(tái)。
• 2003年，Scala正式發(fā)布，同年Groovy也加入JVM陣營(yíng)。
• 2006年JDK 6發(fā)布時(shí)的同年，OpenJDK項(xiàng)目簡(jiǎn)歷。順理成章，HotSopt VM也成為了OpenJDK默認(rèn)虛擬機(jī)，直到現(xiàn)在。
• 2008年，Oracle收購(gòu)BEA，得到了JRockit虛擬機(jī)。
• JRockit專注于服務(wù)器端應(yīng)用，內(nèi)部不包含解析器實(shí)現(xiàn)，號(hào)稱是世界上最快的JVM。
• 2009年，Oracle收購(gòu)了Sun，獲得Java商標(biāo)和HotSpot虛擬機(jī)商標(biāo)。
• 2011年JDK 7發(fā)布時(shí)，在JDK1.7u4中，G1垃圾回收期首次路面。
• 2014年JDK 8發(fā)布，用元空間MetaSpace員工間取代了PermGen永久代。
• 2017年JDK 9發(fā)布，G1為HotSpot的默認(rèn)GC，從此CMS成為歷史。
• 同年，IBM的J9開(kāi)源， 形成了現(xiàn)在的0pen J9社區(qū)。
• 2018年Android的Java侵權(quán)案判決，Google賠償Oracle計(jì)88億美元。
• 同年，Oracle宣告JavaEE成為歷史名詞，JDBC、JMS、 Servlet贈(zèng)予Eclipse基金會(huì)。
• 2020、2021、2022。

三大商用虛擬機(jī)

在Oracle還沒(méi)收購(gòu)Sun公司之前，JVM虛擬器呈現(xiàn)三足鼎立的局面，各具優(yōu)勢(shì)，它們是：

1. SUN公司的Hotspot：聊到虛擬機(jī)時(shí)，若沒(méi)做特殊說(shuō)明，指的就是HotSpot。它是官方出品，純正血統(tǒng)。它的特點(diǎn)/優(yōu)勢(shì)是：熱點(diǎn)代碼探測(cè)技術(shù)，通過(guò)計(jì)數(shù)器找到最具有編譯價(jià)值的代碼，觸發(fā)即時(shí)編譯器（JIT）或棧上替換。
2. BEA公司的JRockit：專注于服務(wù)器端應(yīng)用，內(nèi)部不包含解釋器，全部代碼都靠即時(shí)編譯器編譯執(zhí)行，號(hào)稱世界上最快的Java虛擬機(jī)。
3. IBM公司的J9：市場(chǎng)定位與Hotspot接近，服務(wù)端、桌面、嵌入式都有應(yīng)用，若部署在IBM自己的產(chǎn)品上，號(hào)稱是世界上最快的虛擬機(jī)。該虛擬機(jī)于2017年正式對(duì)外發(fā)布，名字為OpenJ9，并交給Eclipse基金會(huì)打理。

曾經(jīng)的三分天下，現(xiàn)在其二已被Oracle收購(gòu)，不得不感嘆，鈔能力才是最終王者。

Sun Classic VM（始祖）

1996年1月23日，Sun公司發(fā)布JDK1.0，Java語(yǔ)言首次擁有了商用的正式運(yùn)行環(huán)境，它就是Classic VM。這是第一款商用的虛擬機(jī)，是JVM界的始祖。在JDK 1.2及之前，用戶用Classic虛擬機(jī)執(zhí)行java-version命令，將會(huì)看到類似下 面這行的輸出：

java version “1.2.2” Classic VM (build JDK-1.2.2-001, green threads, sunwjit)

在2002年年發(fā)布的jdk1.4后被完全淘汰，不見(jiàn)其蹤影。

這款虛擬機(jī)只能使用純解釋器方式來(lái)執(zhí)行Java代碼，如果要使用JIT編譯器（Just In Time 即時(shí)編譯器），就必須進(jìn)行外掛。但是呢，如果外掛了JIT，那么就完全接管了解釋器的工作，那就不能稱作為Classic VM了。

這個(gè)階段的虛擬機(jī)即使外掛了JIT編譯器輸出本地代碼，執(zhí)行效率也和傳統(tǒng)的C/C++程序有很大差距，Java語(yǔ)言很慢的形象就是在這個(gè)時(shí)候開(kāi)始在用戶心中建立起來(lái)的。

Exact VM（牛刀小試）

為了解決Sun Classic VM的慢，1998年在JDK 1.2發(fā)布時(shí)，曾在Solaris平臺(tái)（Sun基于Unix分支自研的操作系統(tǒng)）上發(fā)布過(guò)一款名為Exact VM的虛擬機(jī)，是現(xiàn)代化高性能虛擬機(jī)的雛形，如熱點(diǎn)探測(cè)、兩級(jí)即時(shí)編譯器、編譯器與解釋器混合工作模式等。

這塊虛擬機(jī)只在Solaris平臺(tái)牛刀小試，并未大規(guī)模使用，后被HotSpot取代。

HotSpot VM（武林盟主）

這是一個(gè)目前使用范圍最廣的Java虛擬機(jī)，它是Oracle JDK和OpenJDK的默認(rèn)JVM，是聊天時(shí)沒(méi)有特殊指定時(shí)的缺省JVM。

HotSpot VM正如其名，它的熱點(diǎn)代碼探測(cè)能力可以通過(guò)執(zhí)行計(jì)數(shù)器找出最具有編譯價(jià)值的代碼，然后通知JIT編譯器以方法為單位進(jìn)行編譯。這樣子可以做到：如果某方法被頻繁調(diào)用，將會(huì)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)編譯和OSR（棧上替換）編譯動(dòng)作，編譯器和解釋器協(xié)同工作，可以在最優(yōu)化的程序響應(yīng)時(shí)間與最佳執(zhí)行性能中取得平衡，而且無(wú)須等待本地代碼輸出才能執(zhí)行程序，即時(shí)編譯的時(shí)間壓力也相對(duì)減小，這樣有助于引入更多的代碼優(yōu)化技術(shù)。

如果說(shuō)綜合表現(xiàn)，HotSpot VM可能最佳的虛擬機(jī)，它即可應(yīng)用在資源相對(duì)充裕的Serve端，也可用桌面端，可謂通吃。2008年，Oracle收購(gòu)BEA，得到了JRockit虛擬機(jī)；隨后Oracle又收購(gòu)了Sun，得到了Java和HotSpot虛擬機(jī)。JRockit和HotSpot都遵循JVM規(guī)范抽象只是是側(cè)重點(diǎn)不同，Oracle最終決定將二者整合（合并），且名稱仍叫HotSpot。

• 2011年發(fā)布JDK 7，完成初步整合：方法區(qū)從永久代里分離出來(lái)。

• 之前的JDK版本，常量池在方法區(qū)里，方法區(qū)在永久代里。7版本后分離出來(lái)了（但都在堆里）。

• 2014年發(fā)布JDK 8，基本完成整合：廢棄永久代PermGen?，改用元空間。
• JRockit沒(méi)有永久代，IBM的J9也沒(méi)有永久代。

JRockit VM（被Oracle收購(gòu)）

JRockit層隸屬于BEA公司，美國(guó)NASDAQ上市公司，其中間件市場(chǎng)份額一度比IBM 還要高，2008年初被Oracle 收購(gòu)。

被Oracle后，同HotSpot合并后取名為HotSpot，從此徹底“銷聲匿跡”。

J9 VM（天下第二）

大名鼎鼎的IBM的J9，和JRockit有很多相似的地方。在IBM自己的機(jī)器上號(hào)稱世界上最快的JVM虛擬機(jī)。IBM J9 VM并不是IBM公司唯一的Java虛擬機(jī)，不過(guò)是目前其主力發(fā)展的Java虛擬機(jī)。

與BEA JRockit專注于服務(wù)器端應(yīng)用不同，IBM J9的市場(chǎng)定位與Sun HotSpot比較接近市場(chǎng)定位和HotSpot基本一樣，實(shí)力競(jìng)品。

2017年，IBM發(fā)布了開(kāi)源版本的J9 VM，命名為OpenJ9，并交給Eclipse基金會(huì)管理，所以也稱為Eclipse OpenJ9。

Azul VM（性能中的戰(zhàn)斗機(jī)）

Azul VM是與特定硬件平臺(tái)綁定、軟硬件配合的專有虛擬機(jī)，所以針對(duì)HotSpot做了大量改進(jìn)，性能非常之高。但是：它只能運(yùn)行在自己的系統(tǒng)以及硬件平臺(tái)上。

Zing VM（通用版Azul VM）

Azul VM的性能非常高，但只能運(yùn)行在特定的平臺(tái)上，不能運(yùn)行在普通的x86平臺(tái)。

2010年，Azul System公司方向一轉(zhuǎn)，開(kāi)始從硬件轉(zhuǎn)向軟件，在Azul VM的基礎(chǔ)上自研，研發(fā)出了可以用在通用的Linux/x86-64平臺(tái)的Zing VM，主打低延遲、高實(shí)時(shí)服務(wù)器端JDK市場(chǎng)，性能號(hào)稱接近于Azul VM。提供著名的“ReadyNow”能力，參考文檔：https://www.azul.com/products/components/readynow。

但是，Zing VM 不開(kāi)源，是收費(fèi)的，并且還很貴很貴。要知道Azul是家商業(yè)化的公司，是要掙錢的呀。這不，在油管我就看到了Azul的廣告：

Liquid VM（JRockit的虛擬化版本）

Liquid VM是JRockit VM 的虛擬化版本，可以在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)管理程序上運(yùn)行，允許Java 應(yīng)用程序直接在虛擬化硬件上運(yùn)行。

Liquid是BEA公司的產(chǎn)品，2008年后也隸屬于Oracle了，參考文檔：https://docs.oracle.com/cd/E11035_01/wloc10/lvm/index.html。

Taobao VM（國(guó)產(chǎn)虛擬機(jī)）

Tobao VM，又名阿里JVM。早在2012年，Taobao VM已有一定名氣，那會(huì)還有個(gè)官網(wǎng)：jvm.taobao.org，現(xiàn)已不能訪問(wèn)了。阿里巴巴作為國(guó)內(nèi)Java最大應(yīng)用商，應(yīng)用集群規(guī)模達(dá)十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)，因此自研JVM很有意義。

Taobao VM的特點(diǎn)：在阿里產(chǎn)品上性能高，硬件嚴(yán)重依賴Intel的cpu，損失了兼容性，提高了性能。至于使用了什么技術(shù)、什么方式提升了性能，其實(shí)咱也不必關(guān)心。

為什么現(xiàn)在不見(jiàn)Taobao VM？銷聲匿跡了？是的，因?yàn)橛辛烁弋a(chǎn)品化的Alibaba Dragonwell這個(gè)產(chǎn)品替代了，使用和推廣起來(lái)更加方便：待替換，替換成說(shuō)JDK的那篇文章。

Graal VM

一款號(hào)稱Run Programs Faster Anywhere，與1995年Java面世時(shí)的口號(hào)Write once, Run anywhere遙相呼應(yīng)。GraalVM是Oracle開(kāi)源的一款通用虛擬機(jī)產(chǎn)品，官方稱之為 Universal GraalVM，是新一代的通用多語(yǔ)言高性能虛擬機(jī)。能執(zhí)行各類高性能與互操作性任務(wù)，在無(wú)需額外開(kāi)銷的前提下允許用戶構(gòu)建多語(yǔ)言應(yīng)用程序。

GraalVM支持大量的語(yǔ)言，包括：

• 基于JVM的語(yǔ)言（例如Java、Scala、Groovy、Kotlin、Clojure等）。
• 基于 LLVM 的語(yǔ)言（例如 C、C++等）。
• 動(dòng)態(tài)語(yǔ)言（例如 JavaScript、Ruby、Python、R等）。

如果說(shuō)HotSpot有一天真的被取代，大概率是Graal VM。但這Java的軟件生態(tài)沒(méi)有絲毫變化，也許依舊Oracle一家獨(dú)大。

除以上之外，還有很多JVM作品：

• Microsoft JVM：微軟早在IE3瀏覽器中支持Java Applets并自研了Microsoft JVM，直到1997年遭到Sun公司起訴才放棄，從而windows都安裝的HotSpot。直到2021年5月份，Microsoft基于OpenJDK重新帶來(lái)了其產(chǎn)品化的JDK產(chǎn)品，內(nèi)置其自研的JVM。
• Apache Harmony：https://harmony.apache.org，Java的世界哪離開(kāi)得了Apache，曾在JDK 1.5、1.6時(shí)期Apache也來(lái)參和一腳，這款VM是IBM和Intel聯(lián)合開(kāi)發(fā)的開(kāi)源JVM，后遭到Sun公司的抵制不給頒發(fā)JCP認(rèn)證，無(wú)奈2011年黯然退場(chǎng)。
• Dalvik JVM：谷歌開(kāi)發(fā)，應(yīng)用于Android系統(tǒng)。它只能稱作虛擬機(jī)， 并不能稱為Java虛擬機(jī)，因?yàn)椴⑽醋裱?guī)范。此VM從Android 5.0時(shí)被ART VM替換。
• Embedded VM：也叫KVM千字節(jié)虛擬機(jī)，應(yīng)用于移動(dòng)領(lǐng)域。Sun公司進(jìn)軍嵌入式領(lǐng)域的虛擬機(jī)，用于手機(jī)、Pad、汽車等領(lǐng)域，這就是“大名鼎鼎”的J2ME。

總結(jié)

這么多虛擬機(jī)，我們?cè)撊绾螌W(xué)習(xí)？筆者的經(jīng)驗(yàn)是，比較深入的了解學(xué)習(xí)HotSpot足矣。當(dāng)然，其它虛擬機(jī)、發(fā)展史也需要基本的了解，這是茶余飯后的談資，是專業(yè)素養(yǎng)的體現(xiàn)。

最后，再回頭在看看文首提到的三個(gè)問(wèn)題，你有答案了嗎？