1.4 Java虚拟机家族 1.4.1 虚拟机始祖:Sun Classic、Exact VM

1.4 Java虚拟机家族

上一节我们以JDK版本演进过程为线索,回顾了Java技术的发展历史,体会过其中企业与技术的 成败兴衰,现在,我们将聚焦到本书的主题“Java虚拟机”。许多Java程序员都会潜意识地把Java虚拟机 与OracleJDK的HotSpot虚拟机等同看待,也许还有一些程序员会注意到BEA JRockit和IBM J9虚拟机, 但绝大多数人对Java虚拟机的认识就仅限于此了。从1996年初Sun发布的JDK 1.0中包含的Sun Classic虚 拟机到今天,曾经涌现、湮灭过许多或经典,或优秀,或有特色,或有争议的虚拟机实现,在这一节 中,我们仍先把代码与技术放下,一起来回顾Java虚拟机家族的发展轨迹和历史变迁。

1.4.1 虚拟机始祖:Sun Classic/Exact VM

以今天的视角来看,Sun Classic虚拟机的技术已经相当原始,这款虚拟机的使命也早已终结。但 仅凭它“世界上第一款商用Java虚拟机”的头衔,就足够有令历史记住它的理由。

1996年1月23日,Sun发布JDK 1.0,Java语言首次拥有了商用的正式运行环境,这个JDK中所带的 虚拟机就是Classic VM。这款虚拟机只能使用纯解释器方式来执行Java代码,如果要使用即时编译器那 就必须进行外挂,但是假如外挂了即时编译器的话,即时编译器就会完全接管虚拟机的执行系统,解 释器便不能再工作了。在JDK 1.2及之前,用户用Classic虚拟机执行java-version命令,将会看到类似下 面这行的输出:

1
2
java version "1.2.2"
Classic VM (build JDK-1.2.2-001, green threads, sunwjit)

其中的“sunwjit”(Sun Workshop JIT)就是Sun提供的外挂编译器,其他类似的外挂编译器还有 Symantec JIT和shuJIT等。由于解释器和编译器不能配合工作,这就意味着如果要使用编译执行,编译 器就不得不对每一个方法、每一行代码都进行编译,而无论它们执行的频率是否具有编译的价值。基 于程序响应时间的压力,这些编译器根本不敢应用编译耗时稍高的优化技术,因此这个阶段的虚拟机 虽然用了即时编译器输出本地代码,其执行效率也和传统的C/C++程序有很大差距,“Java语言很慢”的 印象就是在这阶段开始在用户心中树立起来的。

Sun的虚拟机团队努力去解决Classic虚拟机所面临的各种问题,提升运行效率,在JDK 1.2时,曾 在Solaris平台上发布过一款名为Exact VM的虚拟机,它的编译执行系统已经具备现代高性能虚拟机雏 形,如热点探测、两级即时编译器、编译器与解释器混合工作模式等。

Exact VM因它使用准确式内存管理(Exact Memory Management,也可以叫Non-Con- servative/Accurate Memory Management)而得名。准确式内存管理是指虚拟机可以知道内存中某个位 置的数据具体是什么类型。譬如内存中有一个32bit的整数123456,虚拟机将有能力分辨出它到底是一 个指向了123456的内存地址的引用类型还是一个数值为123456的整数,准确分辨出哪些内存是引用类 型,这也是在垃圾收集时准确判断堆上的数据是否还可能被使用的前提。由于使用了准确式内存管 理,Exact VM可以抛弃掉以前Classic VM基于句柄(Handle)的对象查找方式(原因是垃圾收集后对 象将可能会被移动位置,如果地址为123456的对象移动到654321,在没有明确信息表明内存中哪些数 据是引用类型的前提下,那虚拟机肯定是不敢把内存中所有为123456的值改成654321的,所以要使用 句柄来保持引用值的稳定),这样每次定位对象都少了一次间接查找的开销,显著提升执行性能。

虽然Exact VM的技术相对Classic VM来说先进了许多,但是它的命运显得十分英雄气短,在商业 应用上只存在了很短暂的时间就被外部引进的HotSpot VM所取代,甚至还没有来得及发布Windows和 Linux平台下的商用版本。而Classic VM的生命周期则相对要长不少,它在JDK 1.2之前是JDK中唯一的 虚拟机,在JDK 1.2时,它与HotSpot VM并存,但默认是使用Classic VM(用户可用java-hotspot参数 切换至HotSpot VM),而在JDK 1.3时,HotSpot VM成为默认虚拟机,它仍作为虚拟机的“备用选 择”发布(使用java-classic参数切换),直到JDK 1.4的时候,Classic VM才完全退出商用虚拟机的历史 舞台,与Exact VM一起进入了Sun Labs Research VM之中。