Java Virtual Machine

JVM
Разработчик	Sun Microsystems
Разрядность	32 (64 с Java 9)
Представлена	1994
Версии	18.0.1.1
Тип	Стековая машина, с выделенным доступом к памяти
Порядок байтов	Big-endian
Регистры
Общего назначения	Стек операндов для каждого метода (до 65535 операндов), и локальные переменные метода (до 65535)
Медиафайлы на Викискладе

Обзор архитектуры JVM на базе версии Java SE 7

Java Virtual Machine (сокращенно Java VM, JVM) — виртуальная машина Java — основная часть исполняющей системы Java, так называемой Java Runtime Environment (JRE). Виртуальная машина Java исполняет байт-код Java, предварительно созданный из исходного кода Java-программы компилятором Java (javac). JVM может также использоваться для выполнения программ, написанных на других языках программирования. Например, исходный код на языке Ada может быть скомпилирован в байт-код Java, который затем может выполниться с помощью JVM.

JVM является ключевым компонентом платформы Java. Так как виртуальные машины Java доступны для многих аппаратных и программных платформ, Java может рассматриваться и как связующее программное обеспечение, и как самостоятельная платформа. Использование одного байт-кода для многих платформ позволяет описать Java как «скомпилируй единожды, запускай везде» (compile once, run anywhere).

Виртуальные машины Java обычно содержат интерпретатор байт-кода, однако, для повышения производительности во многих машинах также применяется JIT-компиляция часто исполняемых фрагментов байт-кода в машинный код.

Спецификация JVM

В 1996 году компания Sun выпустила первую версию документа «Голубая книга JVM», в котором описана спецификация виртуальной машины Java, ставшего де-факто отраслевым стандартом платформы Java. Благодаря этому документу появились альтернативные реализации JVM, являющиеся «разработками с чистого листа» (англ. clean room design). В качестве примера можно привести Kaffe.

Начиная с версии J2SE 5.0, изменения в спецификации JVM вырабатываются в соответствии с формализованными пожеланиями заинтересованных сторон. Процесс внесения изменений в спецификации JVM называется Java Community Process.

JVM, доступная в исходных текстах на Си от фирмы Sun, называется KVM (Kilo Virtual Machine) и доступна на их сайте.

Конкуренция между Sun и Microsoft

В начале развития платформы «Java» существовали две конкурирующие реализации Java VM:

• От фирмы Sun Microsystems (создателя языка Java) — для различных платформ: Windows, Mac OS, UNIX;
• От фирмы Microsoft — «Microsoft Java VM» — ориентированная только на платформу «Windows» и, по утверждениям Microsoft, «специально оптимизированная для быстрого выполнения Java-кода на платформе «Windows».

Однако «Microsoft Java VM» не была полностью совместима со спецификацией, описанной Sun в «голубой книге JVM», и имела существенные проблемы с производительностью при работе под большими нагрузками (при большом числе одновременно выполняемых потоков) и с безопасностью.

Компания «Sun» посчитала такую ситуацию недопустимой и решила, что Microsoft занимается намеренной дискредитацией и профанацией платформы «Java» путём распространения своей версии виртуальной машины Java, обладающей вышеперечисленными недостатками. На этом основании Sun неоднократно подавала в суд на Microsoft — и Microsoft была лишена следующих прав на реализацию:

1. Называть её «Java VM» (новое название — «Microsoft VM»);
2. Встраивать её в поставки браузеров и операционных систем (в том числе Internet Explorer и Windows) — но с сохранением права предлагать для скачивания на сайте;
3. Разрабатывать её новые версии и обновления;
4. Предоставлять её для скачивания на сайте.

Некоторые обозреватели компьютерных изданий полагают, что жёсткая позиция, занятая Sun по вопросу Java, могла послужить дополнительным стимулом для разработки компанией «Microsoft» собственного Windows-решения: «.NET Framework».

Разногласия между Sun и IBM

В 2001 году с целью разработки стандарта кросс-платформенных настольных приложений IBM запустила открытый проект: «Eclipse».

Фреймворк «Eclipse» был основан на предыдущей закрытой разработке: IBM «VisualAge». IBM удалось сбалансировать интересы свободного сообщества и интересы бизнеса (свои интересы) в лицензии «Eclipse Public License», признанной организацией «Free Software Foundation».

Проект успешно развивается, используется в отрасли, в значительной степени отделился от IBM в самостоятельный (см. «Eclipse Foundation»).

Sun остаётся в оппозиции к Eclipse Foundation, так же, как и к Microsoft. Формально основной причиной противоречий остаётся библиотека «Standard Widget Toolkit» (SWT), которая противоречит Sun-концепции виртуальной машины и переносимости Java-приложений.

Среда исполнения

Программы, предназначенные для запуска на JVM, должны быть скомпилированы в стандартизированном переносимом двоичном формате, который обычно представляется в виде файлов «.class». Программа может состоять из множества классов, размещённых в различных файлах. Для облегчения размещения больших программ часть файлов вида «.class» может быть упакована вместе в так называемом «.jar»-файле (сокращение от «Java Archive»).

Виртуальная машина JVM исполняет файлы «.class» и «.jar», эмулируя данные в них инструкции следующими путями:

• Интерпретирование;
• Использование JIT-компилятора (например, такого как «HotSpot» от Sun Microsystems).

В наши дни JIT-компиляция используется в большинстве JVM для достижения большей скорости. Существуют также ahead-of-time компиляторы, позволяющие разработчикам приложений перекомпилировать файлы классов в родной для конкретной платформы код.

Как и большинство виртуальных машин, Java Virtual Machine имеет stack-ориентированную архитектуру, свойственную микроконтроллерам и микропроцессорам.

JVM — экземпляр JRE (Java Runtime Environment), вступающий в действие при исполнении программ Java; по завершении исполнения этот экземпляр удаляется сборщиком мусора. JIT — та часть виртуальной машины Java, которая используется для ускорения выполнения приложений; JIT одновременно компилирует те части байт-кода, функциональность которых аналогична, — что сокращает время, необходимое для проведения компиляции.

См. также

• Parrot — виртуальная машина, используемая интерпретируемыми языками для эффективного исполнения байт-кода.
• Список виртуальных машин Java

Литература

• Бенджамин Дж. Эванс, Джеймс Гоф, Крис Ньюленд. Java: оптимизация программ. Практические методы повышения производительности приложений в JVM. — М.: Диалектика, 2019. — 448 с. — ISBN 978-5-907114-84-5.

Ссылки

• The Java™ Virtual Machine Specification — Спецификация JVM
• JSR 924: Java™ Virtual Machine Specification Java SE 7 Edition
• The Java® Virtual Machine Specification, 2015