Java虚拟机JVM性能优化（一）:JVM知识总结(2)

这就是表面上每一个应用执行的场景，但是现在我们来探究下当你执行java命令时究竟发生了什么。Java虚拟机是什么？大多数开发人员通过持续调试来与JVM交互——aka selecting 和value-assigning启动选项能让你的Java程序跑的更快，同时避免了臭名昭著的”out of memory”错误。但是，你是否曾经想过，为什么我们起初需要一个JVM来运行Java应用呢？

什么是Java虚拟机？

简单的说，一个JVM是一个软件模块，用于执行Java应用字节码并且把字节码转化到硬件，操作系统特殊指令。通过这样做，JVM允许Java程序在第一次编写后可以在不同的环境中执行，并不需要更改原始的代码。Java的可移植性是通往企业应用语言的关键：开发者并不需要为不同平台重写应用代码，因为JVM负责翻译和平台优化。

一个JVM基本上是一个虚拟的执行环境，作为一个字节码指令机器，而用于分配执行任务和执行内存操作通过与底层的交互。

一个JVM同样为运行的Java应用照看动态资源管理。这就意味着它掌握分配和释放内存，在每个平台上保持一致的线程模型，在应用执行的地方用一种适于CPU架构的方式组织可执行的指令。JVM把开发人员从跟踪对象当中的引用，和它们需要在系统中存在多长时间中解放出来。同样的它不用我们管理何时去释放内存——一个像C语言那样的非动态语言的痛点。

你可以把JVM当做是一个专门为Java运行的操作系统；它的工作是为Java应用管理运行环境。一个JVM基本上是一个虚拟的通过与底层的交互的执行环境，作为一个字节码指令机器，而用于分配执行任务和执行内存操作。

JVM组件概述

有很多写JVM内部和性能优化的文章。作为这个系列的基础，我将会总结概述下JVM组件。这个简短的阅览会为刚接触JVM的开发者有特殊的帮助，会让你更想了解之后更深入的讨论。

从一种语言到另一种——关于Java编译器

编译器是把一种语言输入，然后输出另一种可执行的语句。Java编译器有两个主要任务：

1. 让Java语言更加轻便，不用在第一次写的时候固定在特定的平台；

2. 确保对特定的平台产生有效的可执行的代码。

编译器可以是静态也可以是动态。一个静态编译的例子是javac。它把Java代码当做输入，并转化为字节码（一种在Java虚拟机执行的语言）。静态编译器一次解释输入的代码，输出可执行的形式，这个是在程序执行时将被用到。因为输入是静态的，你将总能看到结果相同。只有当你修改原始代码并重新编译时，你才能看到不同的输出。

动态编译器，例如Just-In-Time (JIT)编译器，把一种语言动态的转化为另一种，这意味着它们做这些时把代码被执行。JIT编译器让你收集或创建运行数据分析（通过插入性能计数的方式），用编译器决定，用手边的环境数据。动态的编译器可以在编译成语言的过程之中，实现更好的指令序列，把一系列的指令替换成更有效的，甚至消除多余的操作。随着时间的增长你将收集更多的代码配制数据，做更多更好的编译决定；整个过程就是我们通常称为的代码优化和重编译。

动态编译给了你可以根据行为去调整动态的变化的优势，或随着应用装载次数的增加催生的新的优化。这就是为什么动态编译器非常适合Java运行。值得注意的是，动态编译器请求外部数据结构，线程资源，CPU周期分析和优化。越深层次的优化，你将需要越多的资源。然而在大多数环境中，顶层对执行性能的提升帮助非常小——比你纯粹的解释要快5到10倍的性能。

分配会导致垃圾回收

分配在每一个线程基于每个“Java进程分配内存地址空间”，或者叫Java堆，或者直接叫堆。在Java世界中单线程分配在客户端应用程序中很常见。然而，单线程分配在企业应用和工作装载服务端变的没有任何益处，因为它并没有使用现在多核环境的并行优势。

并行应用设计同样迫使JVM保证在同一时间，多线程不会分配同一个地址空间。你可以通过在整个分配空间中放把锁来控制。但这种技术（通常叫做堆锁）很消耗性能，持有或排队线程会影响资源利用和应用优化的性能。多核系统好的一面是，它们创造了一个需求，为各种各样的新的方法在资源分配的同时去阻止单线程的瓶颈，和序列化。

一个常用的方法是把堆分成几部分，在对应用来说每个合式分区大小的地方——显然它们需要调优，分配率和对象大小对不同应用来说有显著的变化，同样线程的数量也不同。线程本地分配缓存(Thread Local Allocation Buffer，简写:TLAB)，或者有时，线程本地空间(Thread Local Area，简写：TLA)，是一个专门的分区，在其中线程不用声明一个全堆锁就可以自由分配。当区域满的时候，堆就满了，表示堆上的空闲空间不够用来放对象的，需要分配空间。当堆满的时候，垃圾回收就会开始。

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