jvm что это такое
Почему JVM —это ОС и больше чем Кубер
Я давно работаю с платформой Java и прекрасно знаю её сильные и слабые стороны. В этой статье я хочу рассказать, как могла бы повернуться история, если бы не бы. Ведь мы могли бы вместо докер-систем использовать ява-машину. А сама ява-машина вполне могла целиком заменить ОС.
Это обзорная статья, я лишь изложу несколько соображений. Полный их разбор занял бы очень много места.
Итак Ява-машина — это ОС. Даже круче чем ОС местами. На самом деле это не такое уж заявление из ряда вон. Ведь всем прекрасно известен пример полноценной ОС, значительно основанной (изначально) на Ява – Андроид. Кроме того, существуют и ОС в классическом понимании полностью на базе JVM.
Есть важная часть системы, про которую многие либо не знают, либо забывают. Ява – среда с мощнейшими средствами разграничения доступа. Именно поэтому в том числе её широко применяют в банковской сфере.
Наличие этих средств вкупе с полноценной многопоточностью на уровне языка создаёт предпосылки для создания многозадачной И многопользовательской среды исполнения. Про многопоточность знают многие. Что касается разграничения доступа, остановимся подробнее.
Иерархия загрузки в эталонной реализации сервера приложений
Здесь стоит отметить, что все вышеуказанные черты существуют в рамках всего одного процесса. Это позволяет не использовать сложные, рискованные и дорогие механизмы межпроцессного взаимодействия. С другой стороны есть один из главных недостатков ява-машины, до последнего времени неслабо портивший бочку мёда – большая общая куча со сборкой мусора. Но новое поколение сборщиков почти полностью устранило этот недостаток, позволяя запускать Ява машины с кучей в десятки гигабайт.
Круче чем кубер
Почему Ява-машина круче чем кубер? Потому что, как я уже сказал, она позволяет создавать множество независимых изолированных контекстов – читай пространств имён – на базе общего ядра Ява-машины и рантайм-библиотеки. И эти пространства могут настраиваться более гибко, обеспечивая различные уровни изоляции (доступа). Они могут дополнительно компоноваться. Отличным примером этого являются мощные сервера приложений. Они предлагают всё то, что обещает нам докер и его оркестраторы – отказоустойчивость, балансировка нагрузки, отличная модульность (суть микросервисности), сервисы и веб сервисы и даже самые микро и нано-модули – лямбды в виде супер легковесных ejb, решение проблем совместимости версий библиотек, удалённый вызов процедур в качестве альтернативы protoBuf & gRPC – RMI и его развития Corba & RMI-IIOP. И это всё в виде стандартов и множества реализаций.
Что ж, на этом пока всё. Порадуемся выходу очередной версии Jakarta EE 9 и пожелаем им успехов.
Что такое JVM? Знакомство с виртуальной машиной Java
Java virtual machine (JVM) — это программа, которая разработана для выполнения и запуска других программ на основе Java. В основе JVM лежит простая и гениальная идея, которая всегда останется одним из величайших примеров программирования в стиле кунг-фу. JVM может также использоваться для выполнения программ, написанных на других языках программирования. Подробно рассказываем, как работает JVM, для чего используется эта технология и почему она является одним из главных компонентов в платформе Java. Материал основан на статье Java-разработчика Matthew Tyson «What is the JVM? Introducing the Java Virtual Machine».
Для чего используется Java virtual machine
JVM имеет две основные функции:
Во время выхода первой версии Java в 1995 году все программы писались для конкретной операционной системы, а памятью управлял разработчик программного обеспечения. Поэтому появление JVM стало революцией на рынке.
Существует два основных определения JVM — техническое и повседневное:
Когда разработчики говорят о JVM, обычно имеется в виду процесс, который выполняется на нашем устройстве, особенно на сервере — он управляет и контролирует использование ресурсов Java-приложения.
Кто разрабатывает и обслуживает JVM?
На сегодняшний день JVM массово используется и развивается в разных проектах — как коммерческих, так и Open Sourse. Например, существует проект OpenJDK, который представляет собой полностью совместимый Java Development Kit, состоящий исключительно из свободного и открытого исходного кода. При этом, несмотря на открытость кода этого проекта, его разработкой практически полностью занимается корпорация Oracle.
Сборка мусора
В Java памятью управляет JVM с помощью процесса, который называется сборкой мусора — он непрерывно определяет и удаляет неиспользуемую память в Java-приложениях. Сборка мусора происходит внутри работающей JVM.
В начале существования Java подвергалась серьезной критике за то, что не была «Close to the metal» как C++, поэтому не была такой быстрой. Особенно спорным критики называли процесс сборки мусора. С тех пор были предложены и использованы различные алгоритмы и подходы, которые значительно улучшили и оптимизировали сборку мусора.
Три главные части JVM
JVM состоит из трех основных частей: спецификация, реализация и экземпляр. Рассмотрим каждую из них.
Спецификация JVM
Первая часть JVM — спецификация, которая до конца не определяет все детали реализации виртуальной машины. Это значит, что остается максимальная свобода творчества для разработчика, который работает с ней. Чтобы правильно реализовать виртуальную машину Java, вам нужно всего лишь уметь читать class-файлы и правильно выполнять указанные в них операции.
И так, все, что должна делать JVM — правильно запускать Java-программы. Это может показаться достаточно простым процессом, однако это очень масштабная задача, учитывая мощность и гибкость языка Java.
Реализация JVM
Реализация спецификации JVM приводит к созданию реальной программы, которая и является реализацией JVM. По сути, существует огромное количество реализаций спецификации JVM — как коммерческих, так и с открытым кодом.
Экземпляр JVM
После того, как спецификация JVM реализована и выпущена в качестве самостоятельной программы, вы можете загрузить ее как приложение. Эта загруженная программа является экземпляром виртуальной машины.
Чаще всего, когда разработчики говорят о JVM, они имеют ввиду экземпляр JVM, который работает в среде разработки. Вы можете сказать: «Привет, сколько памяти использует JVM на этом сервере?» или «Я не могу поверить, что сделал зацикленный вызов, а переполнение стека сломало мою JVM. А ведь это просто ошибка новичка!»
Загрузка и выполнение class-файлов в JVM
Мы говорили о роли JVM в запуске Java-приложений, но как виртуальная машина выполняет свою функцию? Для запуска Java-приложений JVM зависит от загрузчика классов и механизма выполнения Java.
Загрузчик классов в JVM
Загрузчик классов Java является частью JVM — он загружает классы в память и делает их доступными для выполнения. Загрузчик классов использует технику ленивой загрузки (lazy-loading) и кэширование, чтобы сделать загрузку классов максимально эффективной. При этом использование таких методов считается достаточно простым процессом.
Все виртуальные машины Java включают в себя загрузчики классов. Спецификация JVM описывает стандартные методы для запроса и управления загрузчиком во время работы, но за выполнение этих возможностей отвечает конкретная реализация JVM. С точки зрения разработчика, механизмы, лежащие в основе загрузчика классов, обычно представляют собой черный ящик.
Механизм выполнения в JVM
После того, как загрузчик классов завершил свою работу, JVM начинает выполнять код каждого класса. Механизм выполнения — компонент JVM, который обрабатывает функции, и он необходим для корректной работы любой виртуальной машины Java.
Выполнение кода включает управление доступом к системным ресурсам. Механизм выполнения JVM находится между работой программы, с ее запросами на файловые, сетевые ресурсы и ресурсы памяти, и операционной системой, которая предоставляет эти ресурсы.
Управление системными ресурсами
Системные ресурсы могут быть разделены на две больших категории: память и все остальное.
JVM отвечает за очистку неиспользуемой памяти, при этом сборщик мусора — это механизм, который и осуществляет этот процесс. JVM также отвечает за распределение и поддержание ссылочной структуры, которую любой разработчик принимает как само собой разумеющееся. Например, механизм выполнения JVM отвечает за то, что при использовании ключевого слова new происходит запрос к операционной системе на выделение памяти.
Помимо памяти, механизм выполнения управляет ресурсами файловой системы и сети. Поскольку JVM совместима с различными операционными системами, то эта задача считается достаточно сложной. Помимо потребностей каждого приложения в ресурсах, механизм выполнения должен корректно работать с каждой операционной системой.
Эволюция JVM: прошлое, настоящее, будущее
В 1995 году разработчики JVM представили две революционные концепции, которые с тех пор стали стандартом в разработке: «Написал один раз, запускай везде» и автоматическое управление памятью. В то время совместимость софта была смелой концепцией, но сейчас это стало нормой. Точно так же, как современное поколение живет с автоматической сборкой мусора.
Можно сказать, что если Джеймс Гослинг и Брендан Эйх изобрели современное программирование, то тысячи других разработчиков усовершенствовали и развили их идеи в последующие десятилетия. Изначально виртуальная машина Java предназначалась только для Java, но сегодня она эволюционировала до поддержки многих языков программирования, включая Scala, Groovy и Kotlin.
Изучайте Java на Хекслете Вступайте в профессию и изучайте один из самых востребованных в энтерпрайзе языков программирования.
Внутренности JVM, Часть 1 — Загрузчик классов
Перевод статьи подготовлен специально для студентов курса «Разработчик Java».
В этой серии статей я расскажу о том, как работает Java Virtual Machine. Сегодня мы рассмотрим механизм загрузки классов в JVM.
Виртуальная машина Java — это сердце экосистемы Java-технологий. Она делает для Java-программ возможность реализации принципа «написано один раз, работает везде» (write once run everywhere). Как и другие виртуальные машины, JVM представляет собой абстрактный компьютер. Основная задача JVM — загружать class-файлы и выполнять содержащийся в них байт-код.
В состав JVM входят различные компоненты, такие как загрузчик классов (Classloader), сборщик мусора (Garbage Collector) (автоматическое управление памятью), интерпретатор, JIT-компилятор, компоненты управления потоками. В этой статье рассмотрим загрузчик классов (Class loader).
Загрузчик классов загружает class-файлы как для вашего приложения, так и для Java API. В виртуальную машину загружаются только те class-файлы Java API, которые действительно требуются при выполнении программы.
Байт-код выполняется подсистемой исполнения (execution engine).
Что такое загрузка классов?
Загрузка классов — это поиск и загрузка типов (классов и интерфейсов) динамически во время выполнения программы. Данные о типах находятся в бинарных class-файлах.
Этапы загрузки классов
Подсистема загрузчика классов отвечает не только за поиск и импорт бинарных данных класса. Она также выполняет проверку правильности импортируемых классов, выделяет и инициализирует память для переменных класса, помогает в разрешении символьных ссылок. Эти действия выполняются в следующем порядке:
Примечание — загрузчик классов, помимо загрузки классов, также отвечает за поиск ресурсов. Ресурс — это некоторые данные (например, “.class” файл, данные конфигурации, изображения), которые идентифицируются с помощью абстрактного пути, разделенного символом «/». Ресурсы обычно упаковываются вместе с приложением или библиотекой для того, чтобы их можно было использовать в коде приложения или библиотеки.
Механизм загрузки классов в Java
Platform class loader — загружает выбранные (на основе безопасности / разрешений) модули Java SE и JDK. Например, java.sql.
Bootstrap class loader — загружает основные модули Java SE и JDK.
Эти три встроенных загрузчика классов работают вместе следующим образом:
Запустив этот код на установленном у меня Amazon Corretto 11.0.3, получим следующий результат:
Подробнее изучить ClassLoader API вы можете здесь (JDK 11).
«Виртуальная» машина Java – что это и с чем ее едят?
Программисты используют язык Java для формирования ПО разной сложности и задач. Но знают ли они, что происходит после начала компиляции готового кода?
Базовые понятия
Для простоты восприятия необходимо ввести несколько определений, которые не только приоткроют завесу таинственности, но и сократит дальнейшее повествование:
Почему именно «byte»?
JVM не требует путанной адресности для каждой ячейки памяти и большого количества регистров. Что это дает? Команды становятся короткими, легче и быстрее обрабатываются компилятором.
Программное обеспечение компилируется в код, который помещается в файлы специфического расширения. Таким образом реализуется главный принцип технологии, заложенный создателями: «Write on, run anywhere».
В чем секрет универсальности?
Абстрактная машина – маленький винтик до мелочей отлаженной среды исполнения Java Runtime Environment. Многие будут в шоке, узнав, что для каждой ОС и архитектуры ЦПУ нужна собственная JRE. В чем же секрет? «Переносимость» достигла нынешнего уровня только за счет множественных вариаций исполнительной среды. Стоит ли говорить, что запустить Java без JRE невозможно?
Популярности вагончик тронулся…
Кросс-платформенность, эффективность и безопасность сделали технологию Java востребованной. Да не просто нужной, а одной из самых популярных в мире. Сегодня более 2,5 млрд. устройств используют труды компании Sun Microsystem.
Всесторонняя разработка и улучшение сделали из локального успеха мировой бренд. Трудно найти человека, который бы не слышал слово «Java», пусть и из Minecraft-а. Если говорить о перспективах, то каждый год ставит перед разработчиками новые вызовы, отвечать на которые лучше кропотливой работой.
Суть виртуальной машины Java?
Оценить 4 комментария
Компилируемыми языками называют те, что в итоге компиляции дают код исполняемый на конкретном процессоре. Простую программку без проблем можно компилировать под разные процессоры, но скомпилированную под один нельзя запустить на другом.
Интерпретируемые языки поступают иначе, они имеют в своём составе интерпретатор, который транслирует код программы в опкоды процессора. Соответственно реализовав один раз интерпретатор по разные платформы мы получаем кроссплатформенный язык.
Виртуальня машина java это тоже интерпретатор по сути, но ему на вход идёт не сама java программа, а её трансформированный вариант, т.е. уже проверенный и более удобный для VM.
Да вы всё правильно поняли, без JVM программа на java не запуститься не где. Замечу что например в симкарте вашего телефона есть процессор на котором запущена JVM и софт который на ней исполняется, это я к тому, что кроссплатформенность у java действительно широка.
Виртуальня машина java это тоже интерпретатор по сути
может направить по весьма ложному пути!
У слов в названиях есть достаточно точный смысл, и JVM называется именно машиной, а не интерпретатором, и не компилятором совершенно не случайно. Компилятор в Яве есть (javac), и он нужен не для выполнения программы, а именно для ее компиляции (в байткод). Имено поэтому он не входит в состав JRE (среды выполнения), а содержится в JDK (среде разработки). В самой JVM есть еще один, JIT-компилятор, который компилирует байткод в инструкции процессора во время выполнения программы, но это уже другая история, и его тоже никак не назвать интерпретатором.
Дело в том, что сама эта классификация (интерпретируемый/компилируемый ЯЗЫК) последние лет эдак 25 уже практически лишена смысла. Языкам, изначально ориентированным на реализацию в виде интерпретатора (с просто анализируемой лексикой, чтоб интерпретатор был поменьше и мог оставить самой программе достаточно места в ограниченной по объему памяти) типа APL или BASIC, сейчас (кроме, разумеется, очень узкоспециального применения) почетное место разве что в старых учебниках, из которых эту самую классификацию, с достойным лучшего применения упорством, продолжают дословно переписывать в новые. При этом, почему-то, забывают уточнить, что эти два понятия уже давно не про сами языки, а всего лишь про некоторые методы их реализации, и что с тех пор помимо этих методов появилось еще много других хороших и разных концепций на эту тему (типа VM, JIT, сборщиков мусора, да и хотя бы тех же OOП, разных видов типизации и еще миллион чего), которых в тех учебниках еще просто не было в силу их года издания. И что на сегодня уже даже для языков, принципиально заточеных для компиляции под регистровую архитектуру, типа С, есть пруд пруди интерпретаторов (раз, два, три). которые, опять же, никто не называет виртуальными машинами, т.к. это все суть разные понятия. Короче, это все равно что пытаться понять, где в квантовой механике огонь, вода, земля и воздух, в том виде, как их понимали Платон и Аристотель 🙂
