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JVM詳解(二)之歷史上的JVM簡介

2020-08-11 16:23:44

一.Sun Classic VM

  • 早在1996年Java1.0版本的時候，Sun公司發不了一款名爲Sun Classic vm的java虛擬機器，它同時也是世界上第一款商業java虛擬機器，jdk1.4時完全被淘汰。現在hotspot內建了此虛擬機器。
  • 它的特點是：這款虛擬機器內部只提供瞭直譯器，JIT即時編譯器(它會把重複性比較高的熱點程式碼及時的編譯成本地機器指令，然後把其本地機器指令快取起來)是沒有提供的；如果只提供直譯器，執行的效率會比較低，因爲即使你有一些重複性的程式碼，直譯器每次也會逐行解釋執行。
  • 如果使用JIT編譯器，就需要進行外掛。但是一旦使用了JIT編譯器，JIT就會接管虛擬機器的執行系統，直譯器就不再工作。也就是他們兩個只能選一個，直譯器和編譯器不能配合工作。
    當然我們現在的虛擬機器已經可以把二者結合起來使用，即它們二者可以同時使用。

二.Exact VM

  • Exact VM是爲了解決上一個虛擬機器問題，在jdk1.2時，sun公司提供了此虛擬機器。它提供了準確式記憶體管理(Exact Memory Management)機制 機製，讓虛擬機器可以知道記憶體中某個位置的數據具體是什麼型別。（舉個例子，比如說在記憶體空間中有一個數12345，那12345它到底表示一個數的數值爲12345，還是某個物件的地址值是12345呢，這個在我們的Exact VM中就可以區分了，但是在我們的Sun Classic VM中它是沒法做這樣的區分。Sun Classic VM可以通過handle的方式去額外的記錄地址值，但這增加了我們查詢物件的開銷。)
  • 增加了編譯器與直譯器混合工作模式；在JIT編譯器在工作的時候可以進行熱點探測，可以探測出哪些程式碼屬於高頻的熱點程式碼，針對熱點程式碼進行即時編譯。
  • ps：Exact VM它解決了Sun Classic VM的一些弊端，但是它卻只在sun公司自己的Solaris平臺短暫使用，當時其他平臺上還是使用的classic vm，還沒等它在其他平臺上使用就被Hotspot虛擬機器替換了。Exact VM整個的生命週期是比較短暫的！

三.HotSopt VM

  • HotSpot歷史：最初由一家名爲「Longview Technologies」的小公司設計；Sun公司注意到了這款虛擬機器在JIT編譯上有許多優秀的理念和實際效果，在1997年收購了此公司，從而獲得了HotSpot VM；在2009年，Sun公司被Oracle公司收購。
  • 在JDK1.3時，HotSpot VM成爲預設虛擬機器。
  • 名稱中的HotSpot指的就是它的熱點程式碼探測技術，（而Exact VM之中也有與HotSpot幾乎一樣的熱點探測，爲了Exact VM和HotSpot VM哪個成爲Sun主要支援的VM產品，在Sun公司內部還有過爭論，不過最終還是HotSpot打敗Exact。）通過計數器找到最具編譯價值的程式碼，觸發即時編譯(JIT)或棧上替換；它可以通過編譯器與直譯器協同工作，在最佳化的程式響應時間與最佳執行效能中取得平衡。
  • 目前HotSpot佔用絕對的市場地位，從伺服器、桌面到行動端、嵌入式都有應用。它也是Sun/Oracle JDK和OpenJDK的預設虛擬機器。

四.JRockit

  • Oracle JRockit （原來的 Bea JRockit）系列產品是一個全面的Java執行時解決方案組合，包括了行業最快的標準Java解決方案。
  • JRockit面向延遲敏感型應用的解決方案JRockit Real Time提供以毫秒或微秒級的JVM響應時間，適合財務前端辦公、軍事指揮與控制和電信網路的需要。
  • JRockit專注於伺服器端應用，它可以不太關注程式的啓動速度，因此JRockit內部不包含解析器實現，全部程式碼都靠即時編譯器編譯後執行。
  • 大量的行業基準測試顯示，基本JRockit JVM是世界上最快的JVM；使用JRockit產品，客戶已經體驗到了顯著的效能提高（一些超過了70% ）和硬體成本的減少（達50%）。
  • 在2008年和2009年，Oracle公司分別收購了BEA公司和Sun公司，這樣Oracle就同時擁有了兩款優秀的Java虛擬機器：JRockit VM和HotSpot VM。Oracle公司宣佈之後將會完成這兩款虛擬機器的整合工作（大致在JDK8中完成），使之優勢互補。
    整合的方式大致上是在HotSpot的基礎上，移植JRockit的優秀特性，譬如使用JRockit的垃圾回收器與MissionControl服務，
    使用HotSpot的JIT編譯器與混合的執行時系統；但是呢，它們兩個的架構其實區別很大，能整合的還是比較有限的。

五.J9

  • 全稱：IBM Technology for Java Virtual Machine，簡稱IT4J，內部代號：J9，大家習慣用它的內部代號來指代IBM研發的這款虛擬機器。
  • 它的市場定位於HotSpot接近，伺服器、桌面到行動端、嵌入式都有應用，是多用途的JVM。
  • 廣泛應用於IBM的各種Java產品中。
  • 目前，有影響力的三大商用虛擬機器之一（HotSopt，JRockit和J9），也號稱是世界上最快的Java虛擬機器，但是從數據上來看是比不上JRockit的，它在IBM自己的產品中測試效果還是很不錯的。
  • 在2017年左右，IBM發佈了開源J9 VM，命名OpenJ9，交給Eclipse基金會管理，也稱爲Eclipse OpenJ9。

六.Microsoft JVM

  • 微軟爲了在IE3瀏覽器中支援JAVA Applets，開發了Microsoft JVM，只能在Windows平臺下執行，但卻是當時windows下效能最好的Java JVM。
  • 1997年，Sun以侵犯商標、不正當競爭罪名指控微軟成功，賠了Sun很多錢，微軟在WindowsXP SP3中抹掉了其JVM。現在windows上安裝的jdk都是HotSpot。

七.KVM

  • KVM（Kilobyte）是CLDC-HI早期產品，在 Android、IOS 等智慧手機操作系統出現之前，曾廣泛應用於手機平臺的一種虛擬機器。
  • 基於KVM簡單、輕量、高度可移植的特點，它在更低端的裝置上還維持着自己的一片市場，比如智慧控制器、感測器，老人手機等。

八.CDC/CLDC HotSpot

  • CDC和 CLDC HotSpot 分別是 Sun 公司針對高階嵌入式裝置和中低端嵌入式裝置的虛擬機器，用來代替 KVM。

九.Azul VM

  • Azul VM是Azul Systems公司在HotSpot基礎上進行大量改進，執行於Azul Systems公司的專有硬體Vega系統上的Java虛擬機器。由於是與特定硬體平臺系結、軟硬體配合的專有虛擬機器，它的效能可以更好的針對硬體進行優化。稱得上是高效能Java虛擬機器中的戰鬥機。
  • 每個Azul VM範例都可以管理至少數十個CPU和數百GB記憶體的硬體資源，並提供在巨大記憶體範圍內實現可控的GC時間的垃圾收集器、專有硬體優化的執行緒排程等優秀特性。
  • 在2010年，Azul Systems公司開始從硬體轉向軟體，發佈了通用平臺虛擬機器Zing JVM，可以在通用X86平臺上提供接近於Vega系統的特性。

十.Zing JVM

  • Azul公司的Zing JVM是從HotSpot fork出來的商業JVM，Azul爲它重新寫了一套GC，它以Sun的HotSpot VM爲基礎，改進了許多會影響延遲的細節，主要特點是：
    • 低延遲、「無暫停」（pauseless）的C4 GC，GC帶來的暫停可以控制在10ms以下的級別，支援的Java堆大小可以到1TB；
    • 快速預熱，可以使用上一次收集的profile，減少JIT預熱時間。

十一.Liquid VM

  • Liquid VM即是現在的JRockit VE（Virtual Edition），它是由BEA公司開發，可以直接執行於自家的Hypervisor系統上。
  • Liquid VM不需要操作系統的支援，或者說它自己本身實現了一個專有操作系統的必要功能，如執行緒排程、檔案系統、網路支援等。由虛擬機器越過通用操作系統直接控制硬體可以獲得很多好處，如線上程排程時，不需要再進行內核態/使用者態的切換等，這樣可以最大限度地發揮硬體的能力，提升Java程式的執行效能。所以與Azul VM一樣稱得上是高效能Java虛擬機器中的戰鬥機。
  • 隨着JRockit虛擬機器終止開發，Liquid VM專案也停止了。

十二.Apache Harmony

  • Apache曾推出過於JDK1.5和JDK1.6相容的Java執行平臺Apache Harmony，它是IBM和Intel聯合開發的開源JVM，受到同樣開源的OpenJDK的壓制 壓製，SUN堅決不讓Harmony獲得JCP認證，最終於2011年退役，IBM轉而參與OpenJDK。雖然目前Apache Harmony並沒有被大規模商用，但是它的Java類庫程式碼卻被吸納進了Android SDK。

十三.Taobao JVM

  • Taobao JVM 也稱阿裡JVM，阿裡集團作爲中國最大的Java技術應用方，針對淘寶應用需求的JVM的優化定製是必要且收益巨大的。TaobaoJVM是基於OpenJDK VM並根據淘寶業務、應用特點及開發者需求開發的穩定，高效且深度定製的JVM版本。是國內第一個優化、定製且開源的伺服器版Java虛擬機器。
  • 2010年開始，阿裡核心繫統部專用計算組基於OpenJDK6 Hotspot JVM定製優化自己的JVM，經過幾次雙11的考驗。2013年開始，改爲基於OpenJDK7，並改名爲阿裡JVM。
  • 它的特點有以下幾個方面：
    • 創新的GCIH(GC invisible heap)技術實現了off-heap，即將生命週期較長的Java物件從heap中移到heap之外，並且GC不能管理GCIH內部的Java物件，以此達到降低GC的回收評率和提升GC的回收效率的目的；
    • GCIH中的物件還能夠在多個Java虛擬機器進程中實現共用；
    • 使用crc32指令實現JVM intrinsic降低JNI的呼叫開銷；
    • PMU hardware的Java profiling tool和診斷協助功能；
    • 針對大數據場景的ZenGC。
  • taobao JVM應用在阿裡產品上效能高，硬體嚴重依賴intel的cpu,損失了相容性，但提高了效能。

十四.Graal VM

  • 2018年4月 Oracle Labs公開了Graal VM,號稱「Run Programs Faster Anywhere」,勃勃野心；2019年5月 才發佈了第一個 Release 版本，提供社羣版和企業版。
  • Graal vm在HotSpot VM基礎上增強而成的跨語言全棧虛擬機器，可以作爲「任何語言」的執行平臺使用。語言套件括：java、Scala、Groovy、Kotlin、C、C++、JavaScript、Ruby、Python、R等。
  • 可以直接把 Java 應用編譯成機器碼，執行起來體積更小、啓動速度更快。
  • 支援不同語言中混用對方的介面和物件，支援這些語言使用已經編寫好的本地庫檔案；工作原理是將這些語言的原始碼或原始碼編譯後的中間格式，通過直譯器轉換爲能被Graal VM接受的中間表示。Graal VM提供Truffle工具集快速構建而向一種新語言的直譯器。在執行時還能進行即時編譯優化，獲得比原生編譯器更優秀的執行效率；如果說HotSpot有一天真的被取代，Graal VM希望最大。