Что такое виртуальная машина java jvm

Виртуальная машина Java: установка и запуск Java Virtual Machine

Содержание

Виртуальные машины уже давно перестали быть каким-то отвлеченным понятием и сегодня являются доступными и понятными для любого пользователя. Одной из самых необходимых в своем роде является виртуальная машина Java (JVM), которая в Windows-системах устанавливается изначально еще при первой инсталляции самой ОС. Однако довольно часто ее бывает необходимо установить самостоятельно, дополнить или обновить компоненты уже имеющейся платформы. Далее предлагается разобраться, что это вообще такое, для чего нужно, как выполнить инсталляцию необходимых компонентов самостоятельно и решить некоторые проблемы, связанные с запуском VM в Windows-системах.

Что такое виртуальная машина Java?

Начнем с определения того, что на самом деле представляет собой эта платформа, чтобы несведущие пользователи сразу сообразили, почему требуется ее обязательная установка на собственные компьютеры. В общем смысле данная платформа и ее компоненты обычно задействуются для выполнения всевозможных скриптов и апплетов, написанных на языке программирования Java, когда вы посещаете интернет-сайты, содержащие соответствующий контент. А это могут быть элементы мультимедиа во всех проявлениях, некоторые простейшие игры, дополнения для использования банковских услуг, интерактивные карты и т. д.

Кроме того, поддержка этой платформы активно используется практически во всех мобильных телефонах, несмотря даже на наличие в них собственных операционных систем. Вы когда-нибудь обращали внимание на то, что на стареньких телефонах, в которых не было современных ОС вроде Android или iOS, можно было запросто устанавливать приложения (чаще всего игры) из файлов формата JAR и JAD? Именно поддержка Java и позволяла это сделать. И сегодня такая поддержка имеется во всех мобильных системах.

Наконец, отдельно стоит отметить, что виртуальная машина Java Virtual Machine крайне необходима многим программистам и веб-дизайнерам для разработки собственных апплетов и приложений. Таким образом, становится совершенно очевидно, что иметь ее на своем компьютере необходимо в любом случае.

Однако пользователи, не разбирающиеся в тонкостях использования виртуальной машины Java, будут удивлены тем, что просто так запустить ее окажется невозможно. Да, действительно, это так и есть, поскольку сама основная исполняемая среда графического интерфейса не имеет, а использовать ее можно только посредством интеграции в веб-обозреватели, установленные на вашем компьютере или ноутбуке, или в комплекте с IDE.

Предварительная проверка установленной версии

Для начала давайте проверим, установлена в вашей системе среда Java VM. Для проверки вызовите командную консоль (cmd) любым удобным для вас методом (необязательно от имени администратора), а затем задайте на выполнение команду java –version.

Если среда установлена, отобразится информация, показанная на изображении выше, где первостепенное внимание следует обратить на версию платформы. Поскольку ее обновление в автоматическом режиме даже при установке апдейтов для самих Windows-систем производится не всегда, настоятельно рекомендуется выполнить такое обновление вручную путем загрузки необходимого контента с официальных ресурсов и последующей самостоятельно инсталляции.

Что нужно для работы?

А вообще отдельно стоит сказать, что Java Virtual Machine представляет собой только один из множества компонентов всей платформы. Так, тем, кто занимается созданием приложений, необходимо установить специализированный пакет разработчика JDK (Java Development Kit), а обычному пользователю будет достаточно только наличия исполняемой среды JRE, где создавать собственные апплеты будет невозможно, зато появится возможность запуска и использования уже готовых программ, написанный на Java. А вот если вы хотите стать квалифицированным разработчиком, может понадобиться подобрать для себя комплект IDE (на данный момент наиболее распространенными и рекомендуемыми к установке и использованию являются Eclipse и NetBeans).

Где и что скачивать для инсталляции в Windows?

Что же касается загрузки компонентов, необходимых для установки или обновления виртуальной машины Java, можете посетить сайт java.com, где в разделе загрузок сразу будет предложено загрузить установщик, соответствующий вашей операционной системе.

Если же вам нужны дополнительные компоненты, можете обратиться к ресурсу oracle.com, где на данный момент доступен полный комплект Java SE (JDK) версии 12, некоторые более ранние модификации платформы и набор NetBeans.

Здесь стоит дать небольшое пояснение, поскольку у многих пользователей могут возникнуть сомнения по поводу того, какой именно комплект скачивать, ведь на сайте представлено целых три модификации! По всей видимости, вам понадобится только версия SE, поскольку EE представляет собой среду разработки, ориентированную на предприятия, а ME – аналогичная платформа для работы с мобильными системами.

Установка виртуальной машины Java

Итак, предполагаем, что инсталлятор загружен с одного из официальных источников на пользовательский компьютер.

Теперь установщик виртуальной машины Java для Windows 10 (как в приводимом ниже примере) необходимо запустить от имени администратора (если у вас встроенный аккаунт суперпользователя не деактивирован).

В начальном окне установки ничего можно не изменять, а просто нажать кнопку подтверждения инсталляции, после чего стартует процесс копирования файлов для интеграции всех необходимых компонентов в систему.

Когда основные компоненты будут скопированы, нужно согласиться с деинсталляцией устаревших компонентов (если таковые будут обнаружены) и нажать соответствующую кнопку (Uninstall). По окончании нужно будет еще раз нажать копку продолжения, после чего появится сообщение об удачной установке.

Примечание: имейте ввиду, что апплет, отвечающий за отслеживание обновлений, сразу же будет внесен в раздел автозагрузки системы. За ненадобностью можете его отключить, воспользовавшись соответствующим разделом либо в конфигурации (msconfig) для Windows 7, либо в «Диспетчере задач» (taskmgr) для Windows 8 и 10.

Ошибка при создании платформы

Наконец, платформа установлена. Теперь обратим внимание на некоторые сбои и ошибки, которые могут появиться по завершении интеграции компонентов в систему. Самой первой и наиболее распространенной проблемой считается невозможность запуска виртуальной машины Java (для Windows последних поколений такая проблема обычно не наблюдается, а вот в неподдерживаемых более версиях систем вроде XP могут себя проявлять).

Для устранения проблемы используйте свойства компьютера, перейдите к дополнительным параметрам, войдите в раздел переменных сред, создайте новый параметр с именем и значением, показанными на изображении ниже.

В примере указываемое значение соответствует 512 Мб выделяемого объема оперативной памяти, который машине разрешено использовать. При необходимости можете его увеличить.

Ошибка при открытии разделов реестра

Иногда виртуальная машина Java для Windows 7 и выше может выдавать ошибку доступа к реестру, особенно когда она работает посредством командной строки. В этой ситуации необходимо обратиться к каталогу System32 и удалить три исполняемых EXE-файла с такими именами: java, javaw и javaws. После этого нужно просто переустановить среду, используя ранее скачанный файл установщика.

Ошибка поиска основного класса

Еще один сбой, при котором виртуальная машина самопроизвольно и в аварийном режиме завершает работу, может быть устранен следующим способом.

Сначала запустите средство поиска и удаления вредоносных программ, вписав в консоли «Выполнить» команду mrt, нажмите кнопку продолжения, а затем выберите полное сканирование. По окончании процесса полностью перезагрузите систему, затем войдите в конфигурацию (msconfig) или в «Диспетчер задач», после чего деактивируйте в списке компонент автозагрузки под названием WJView.exe. После этого рестарт системы нужно выполнить в обязательном порядке.

Ошибка открытия JAR-файлов

Наконец, ошибка, связанная с невозможностью открытия соответствующих платформе и виртуальной машине объектов формата JAR исправляется следующим способом.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

JVM (Java Virtual Machine)

Java Virtual Machine — 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 текста 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 откомпилирован 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 «скомпилировано однажды, запускается 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. [1]

Содержание

Спецификация JVM

В 1996-м 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.

Конфликты

Конкуренция между Sun и Microsoft

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

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:

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». [2]

Разногласия между Sun и IBM

В 2001 году, с целью разработки стандарта кросс-платформенных Desktop-приложений, IBM стартовала 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 индустрии, 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:

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. [3]

Загрузка и установка виртуальной машины Java

Для программирования на Java можно подобрать себе IDE, хорошим выбором будет NetBeans или Eclipse.

Для начала проверим, установлена ли Java платформа на вашем компьютере. Для этого запустите удобным для вас способом утилиту для работы с командной строкой. Например, перейдите в меню «Пуск» пункт «Выполнить», в появившемся окошке введите команду «cmd» без кавычек и нажмите «ОК».

Если на компьютере уже установлена исполняемая среда Java, вывод будет примерно таким:

java version «1.6.0_18»

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_18-b07)

Java HotSpot(TM) Client VM (build 16.0-b13, mixed mode)

Если вывод будет сообщать об ошибке или неизвестной команде, вам безусловно необходима установка виртуальной машины. Также рекомендуется обновить установку, если версия Java на вашем компьютере ниже чем 1.6.

Есть два продукта для загрузки:

Источник

Как работает виртуальная машина Java — взгляд изнутри

Авторизуйтесь

Как работает виртуальная машина Java — взгляд изнутри

Рассказывает Роман Иванов

Каждому Java-разработчику будет очень полезно понимать, что из себя представляет JVM, как в неё попадает код и как он исполняется. Статья больше подойдёт новичкам, но найти в ней что-то новое смогут и более опытные программисты. В статье вкратце описано, как устроен class-файл и как виртуальная машина обрабатывает и исполняет байт-код.

Основной задачей разработчиков Java было создание переносимых приложений. JVM играет центральную роль в переносимости — она обеспечивает должный уровень абстракции между скомпилированной программой и базовой аппаратной платформой и операционной системой. Несмотря на этот дополнительный «слой», скорость работы приложений необычайно высока, потому что байт-код, который выполняет JVM, и она сама отлично оптимизированы.

Рассмотрим схему работы JVM более подробно.

Структура class-файла

Напишем простейшее приложение и скомпилируем его. Компилятор заботливо создаст файл с расширением class и поместит туда всю информацию о нашем мини-приложении для JVM. Что мы увидим внутри? Файл поделён на десять секций, последовательность которых строго задана и определяет всю структуру class-файла.

Файл начинается со стартового (магического) числа: 0xCAFEBABE. Данное число присутствует в каждом классе и является обязательным флагом для JVM: с его помощью система понимает, что перед ней class-файл.

С девятого байта идёт пул констант, в котором содержатся все константы нашего класса. Так как в каждом классе их может быть различное количество, то перед массивом находится переменная, указывающая на его длину, то есть пул констант представляет из себя массив переменной длины. Каждая константа занимает один элемент в массиве. Во всём class-файле константы указываются целочисленным индексом, который обозначает их положение в массиве. Начальная константа имеет индекс 1, вторая константа — 2 и т. д.

Каждый элемент пула констант начинается с однобайтового тега, определяющего его тип. Это позволяет JVM понять, как правильно обработать идущую далее константу. Всего зарезервировано 14 типов констант:

Например, если тег указывает, что константа является строкой, JVM получает значение тега 1 и обрабатывает следующее за тегом число как длину массива байт, которые необходимо считать, чтобы получить нужную нам строку полностью.

Прочитав блок с константами, JVM переходит к следующим двум байтам — флагам доступа, которые определяют, описывает этот файл класс или интерфейс, общедоступный или абстрактный, является ли класс финальным.

Имена класса и его родительского класса хранятся в массиве констант, на которые указывают последующие 4 байта в файле.

Немного иначе обстоят дела с интерфейсами. Так как класс может наследоваться от множества интерфейсов одновременно, то хранить необходимо массив ссылок на пул констант. То есть за определением класса и его родительского класса идёт число, характеризующее размер массива интерфейсов, и сам массив. Все возможные значения кодов представлены ниже.

Подобную структуру имеет и следующий блок — Fields.

Этот блок начинается с двухбайтового параметра количества полей в этом классе или интерфейсе. За ним идёт массив структур переменной длины. Каждая структура содержит информацию об одном поле: имя поля, тип, значение, если это, например, финальная переменная. В списке отображаются только те поля, которые были объявлены классом или интерфейсом, определённым в файле. Поля от родительских классов и имплементированных интерфейсов здесь не присутствуют, они задаются в своих class-файлах.

Далее мы переходим к самому важному месту в любом классе — его методам, именно в них сосредоточена вся логика любой программы, весь исполняемый байт-код.

Ситуация абсолютно аналогична описанным выше полям. В массиве переменной длины содержатся структуры, в которые входит полное описание сигнатуры метода: модификаторы доступа, имя метода и его атрибуты, которые также представляют из себя структуру, так как их может быть множество и каждый из них может принадлежать разным типам.

В последнем блоке идёт дополнительная мета-информация, например имя файла, который был скомпилирован. Она может присутствовать, а может и нет. В случае каких-то проблем JVM просто игнорирует этот блок.

Загрузка классов

Теперь, разобравшись с общей структурой файла, посмотрим, как JVM его обрабатывает.

Чтобы попасть в JVM, класс должен быть загружен. Для этого существуют специальные классы-загрузчики:

Главный класс приложения всегда загружается системным загрузчиком, остальные же классы могут быть загружены различными пользовательскими загрузчиками. Стоит упомянуть, что имя загрузчика создаёт уникальное пространство имён, то есть в программе может существовать несколько классов с одним и тем же полным именем, если они обрабатывались разными загрузчиками.
Поэтому каждый загрузчик делегирует свои полномочия родителю, то есть перед поиском класса для загрузки он попытается узнать, не был ли загружен нужный класс раньше.

После загрузки класса начинается этап линковки, который делится на три части.

Класс инициализируется, и JVM может начать выполнение байт-кода методов.

JVM получает один поток байтовых кодов для каждого метода в классе. Байт-код метода выполняется, когда этот метод вызывается в ходе работы программы. Поток байт-кода метода — это последовательность инструкций для виртуальной машины Java. Каждая инструкция состоит из однобайтового кода операции, за которым может следовать несколько операндов. Код операции указывает действие, которое нужно предпринять. Всего на данный момент в Java более 200 операций. Все коды операций занимают только 1 байт, так как они были разработаны компактными, поэтому их максимальное число не может превысить 256 штук.

В основе работы JVM находится стек — основные инструкции работают с ним.

Рассмотрим пример умножения двух чисел. Ниже представлен байт-код метода:

На Java это будет выглядеть так:

По листингу выше можно заметить, что коды операций сами по себе указывают тип и значение. Например, код операции iconst_1 указывает JVM на целочисленное значение, равное единице. Такие байт-коды определены для самых часто используемых констант. Эти инструкции занимают 1 байт и введены специально для повышения эффективности выполнения байт-кода и уменьшения размера его потока. Подобные короткие константы также присутствуют и для других типов данных.

Всего JVM поддерживает семь примитивных типов данных: byte, short, int, long, float, double и char.

Если бы мы хотели положить в переменную а другое значение, например 11112, то нам пришлось бы использовать инструкцию sipush :

Данные операции выполняются в так называемом фрейме стека метода. У каждого метода есть некоторая своя часть в общем стеке. Таким образом в нашем главном потоке исполнения программы создаются множество подстеков на каждый вызов метода. Более наглядно это представлено на картинке ниже:

В каждом стек-фрейме хранится массив локальных переменных, который позволяет сохранять и доставать локальные переменные, как мы сделали в примере выше, поместив значения 1 и 5 в переменные 1 и 2. Стоить отметить, что здесь компилятор также оптимизировал байт-код, используя однобайтовые инструкции. Если бы переменных в нашем методе было много, использовался бы код операции сохранения значения вместе с указанием позиции переменной в массиве.

Вызовы методов

Java предоставляет два основных вида методов: методы экземпляра и методы класса. Методы экземпляра используют динамическое (позднее) связывание, тогда как методы класса используют статическое (раннее) связывание.

Возвращаемое методом значение кладётся на стек. Типы возвращаемых значений методов указаны ниже:

Циклы

Осталось рассмотреть последнюю часто используемую конструкцию языка — циклы. Посмотрим, во что превратится код, представленный ниже:

Заключение

Изначально байт-код интерпретируется в большинстве JVM, но как только система замечает, что некоторый код используется очень часто, она подключает встроенный компилятор, который компилирует байт-коды в машинный код, тем самым значительно ускоряя работу приложения.

Таким образом, мы поверхностно рассмотрели жизненный цикл байткода в JVM: class-файлы, их загрузку и выполнение байт-кода и базовые инструкции.

Источник