深入理解Java虚拟机系列——第1部分：走近Java
进一步地了解和思考Java技术体系中的一些优秀的技术特性，以及过去、现在和未来的发展趋势。
1. Java技术体系
- JDK（Java Development Kit）：用于支持Java程序开发的最小环境，包含Java程序设计语言、Java虚拟机、Java类库。
- JAR（Java ARchiv）：一种软件包文件格式，以ZIP格式构建，通常用于聚合大量的Java类文件、相关的元数据和资源（文本、图片等）文件到一个文件，以便分发Java平台应用软件或库。
- JRE（Java Runtime Environment）：Java运行环境
- JSR（Java Specification Request）：Java规范请求作为正式规范文档，描述被提议加入到Java体系中的规范和技术。
- JCP（Java Community Process）：一个由业界多家技术巨头组成的社区组织，使用JSR定义和发展Java的技术规范。
2. Java虚拟机家族
Java虚拟机家族的发展轨迹和历史变迁回顾。
2.1 虚拟机始祖：Sun Classic/Exact VM
- Classic 是“世界上第一款商用Java虚拟机”，只能使用纯解释器方式来执行Java代码。
- Exact VM 是Sun的虚拟机团队在JDK 1.2发布的虚拟机，为了解决Classic虚拟机所面临的各种问题，提升运行效率。特点：热点侦探、两级即时编译、编译器与解释器混合工作模式等。
2.2 武林盟主：HotSpot VM
HotSpot是目前使用范围最广的Java虚拟机，既继承了Sun之前两款商用虚拟机的优点（如前面提到的准确式内存管理），也有许多自己新的技术优势，如名称“HotSpot”意指热点代码探测技术。
2.3 小家碧玉：Mobile/Embedded VM
面向移动和嵌入式的Java虚拟机产品。
2.4 天下第二：BEA JRockit/IBM J9 VM
- JRockit 是BEA System公司在2002年从Appeal Virtual Machines公司收购获得的Java虚拟机，专注于服务端应用。
- J9 最初是由IBM Ottawa实验室的一个SmallTalk虚拟机项目扩展而来，它是一款在设计上全面考虑服务端、桌面应用，再到嵌入式的多用途虚拟机。
2.5 软硬合璧：BEA Liquid VM/Azul VM
特定硬件平台绑定、软硬件配合工作的专有虚拟机：
- Liquid VM 是BEA公司开发的可以直接运行在自家Hypervisor系统上的JRockit虚拟机的虚拟化版本。
- Azul VM 是Azul Systems公司在HotSpot基础上进行大量改进，运行于Azul Systems公司的专有硬件Vega系统上的Java虚拟机。
- Zing 虚拟机是一个从HotSpot某旧版代码分支基础上独立出来重新开发的高性能Java虚拟机。
2.6 挑战者：Apache Harmony/Google Android Dalvik VM
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Apache Harmony 是一个Apache软件基金会旗下以Apache License协议开源的实际兼容于JDK 5和JDK 6的Java程序运行平台，它含有自己的虚拟机和Java类库API，用户可以在上面运行Eclipse、Tomcat、Maven等常用的Java程序。
由于某些原因，Harmony没有真正被大规模商业运用过，但它的许多代码（主要是Java类库部分）被吸纳进IBM的JDK 7实现以及Google Android SDK之中，尤其对Android的发展起了很大的推动作用。
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Dalvik 虚拟机曾经是Android平台的核心组成部分之一，名字来源于冰岛一个名为Dalvik的小渔村。
Dalvik不能直接执行Java的Class文件，使用寄存器架构而不是Java虚拟机中常见的栈架构，它执行的DEX（Dalvik Executable）文件可以通过Class文件转化而来，使用Java语法编写应用程序，可以直接使用绝大部分的Java API等。
发展历程：
2.7 没有成功，但并非失败：Microsoft JVM/Other
除去前面介绍的被大规模商业应用过的Java虚拟机外， 还有许多虚拟机是不为人知地默默沉寂，或者曾经绚丽过但最终夭折湮灭；其中就包括 Microsoft公司的Java虚拟机。
3. 展望Java技术的未来
3.1 无语言倾向
Graal VM 被官方称为“Universal VM”和“Polyglot VM”，这是一个在HotSpot虚拟机基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”[^任何语言]的运行平台使用。Graal VM可以无额外开销地混合使用这些编程语言，支持不同语言中混用对方的接口和对象，也能够支持这些语言使用已经编写好的本地库文件。
从严格的角度来看，Graal VM才是真正意义上与物理计算机相对应的高级语言虚拟机，因为它与物理硬件的指令集一样，做到了只与机器特性相关而不语某种高级语言特性相关。
对Java而言，Graal VM本是在HotSpot基础上诞生的，天生就可作为一套完整的符合Java SE 8标准的Java虚拟机来使用。如果Java语言或者HotSpot虚拟机真的有被取代的一天，那从现在看来Graal VM是希望最大的一个候选项。
3.2 新一代即时编译器
HotSpot虚拟机中含有两个即时编译器2，通常它们会在分层编译机制下与解释器互相配合来共同构成HotSpot虚拟机的执行子系统：
自JDK 10起，HotSpot中又加入了一个全新的以C2编译器替代者的身份登场的即时编译器：Graal编译器。
Graal编译器本身就是由Java语言写成，开发效率和扩展性上都要显著优于C2编译器，虽然尚且年幼，还未经过足够多的实践验证，但未来的前途可期，作为Java虚拟机执行代码的最新引擎，它的持续改进，会同时为HotSpot与Graal VM注入更快更强的驱动力。
3.3 向Native迈进
提前编译1是相对于即时编译2的概念，提前编译能带来的最大好处是Java虚拟机加载这些已经预编译成二进制库之后就能够直接调用，而无须再等待即时编译器在运行时将其编译成二进制机器码。
理论上，提前编译可以减少即时编译带来的预热时间，减少Java应用长期给人带来的“第一次运行慢”的不良体验，可以放心地进行很多全程序的分析行为，可以使用时间压力更大的优化措施；但坏处也很明显，它破坏了Java“Write Once，Run Anywhere”的承诺，必须为每个不同的硬件、操作系统去编译对应的发行包；也显著降低了Java链接过程的动态性，必须要求加载的代码在编译期就是全部已知的，而不能在运行期才确定。
直到在Grall VM 0.20版本里出现的Substrate VM一个极小型的运行时环境，目标是代替HotSpot用来支持提前编译后的程序执行，可以直接从目标程序开始运行，而无需重复进入Java虚拟机的初始化过程。
Substrate好处是能显著降低内存占用及启动时间，并有轻量化特性，使得它十分适合嵌入其他系统，从而成为了Graal VM“Run Programs Faster Anywhere”愿景蓝图里的最后一块拼图。
3.4 灵活的胖子
HotSpot的定位是面向各种不同应用场景的全功能Java虚拟机，这是一个极高的要求。
经过一系列的重构与开放，HotSpot虚拟机逐渐从时间的侵蚀中挣脱出来，虽然代码复杂度还在增长，体积仍在变大，但其架构并未老朽，而是拥有了越来越多的开放性和扩展性，使得HotSpot成为一个能够联动外部功能，能够应对各种场景，身手灵活敏捷的“胖子”。
3.5 语言语法持续增强
随着Java每半年更新一次的节奏，新版本的Java中会出现越来越多其他语言里已有的优秀特性，譬如：
- 本地类型变量推断
switch语句的表达式支持- Lambda
参考文献：
深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）—周志明
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