JVM 優點與缺點的深入分析
Java本來是一個簡 單獨一的語言,但是Sun在長期運營Java的過程中出現了很多錯誤,比如將語言與runtime合用一個名字,從而使得用戶在識別JVM語言項目如 Jython、JRuby時難以從思想上隔離Java。最主要的是這樣對runtime很不公,因為Java Virtual Machine (JVM)有很多自己的獨特之處。
1、缺點
沒有一種技術是完美的,JVM也不例外。如果你工作在一個沒有Java語言配置的設備上,JVM便無用武之地。JVM為其他語言提供了基礎,但JVM最初不是為這個理念設計的。比如我們作為分配對象來維護我們的堆棧時,通常我們會直接操作實時堆棧并添加我們維護所需的其他字段,除此之外再沒有控制堆棧的更好的方法。
還有,當我們創建一個Ruby Fixnum時也很麻煩,我們把這些值用一個Java對象包裝。Ruby的C implementation不過只是傳遞tagged ints,因為沒有包裝他們就不會符合各種列表,所以Java 基元(Java primitives)也不會切割它。
順便說一下:JVM的啟動時間也挺長。
那些為JVM編寫高性能代碼的開發者會覺得經常被JVM的black box特性所折磨,一旦你加載你的字節碼,你就覺得像是搖動老虎機的游戲手柄一樣忐忑,不知道結果如何,black box就是意味著不可知。
2、優點:
HotSpot(Java 虛擬機)
對于初學者來說,盡管Hotspot有些神秘,但是性能方面它確實很棒,因為動態建模(dynamic profiling)是優良性能的捷徑。HotSpot從運行應用中采樣數據,從而可以優化代碼,進而得到良好性能。它相當于以模仿人工的方法進行優化。 在程序運行的開始,Java代碼仍然解釋執行,但HotSpot引擎開始進行采樣(Profiling)。HotSpot引擎可以集中精力來對 HotSpot代碼進行深度優化,從而使這部分代碼的執行更加迅捷。因此當HotSpot優化時,它為優化設立了一層保護來確保優化的基本原理有效;但當 這層保護失效時,優化就會很慢。
這里是Hotspot在使用中的一個演示:
在圖表中我們運行了一個Mandelbrot Generator很多次,然后測繪它每次生成的時間。你會看到JRuby 1.4.0明顯比Ruby 1.8.7以及1.9.2preview2表現更好。如果只看JRuby的起點,會發現比1.8.7慢,但當Hotspot運行后時間曲線迅速下降。
這里有個有趣的始建波動發生在循環6那里:實際上那是因為HotSpot的動態反優化啟動。然后時間波動回到原來狀態,優化結束。
Hotspot已經被全世界的開發者和擁躉支持了近十年,Java 4, 5, 6之間的提升讓人印象深刻。每一次它的升級,性能都會有很多提升,它真是的是JVM的一大利器。
3、垃圾回收Garbage Collection (GC)
Java開發者花費大量時間來調試、測試、 提高他們的VM,單是Garbage Collection的開發和維護就持續了15個年頭,由此可見它的性能!而且JVM發布了多個垃圾回收器,所以這樣一來即使加載的負荷超過了JVM中一 個Garbage Collection,JVM也還可以允許你使用其他的Garbage Collection。因此,你可以自己調整任何你所使用的Garbage Collection,使之符合你的應用。
各種各樣的回收站發揮著不同的作用。它們全部是壓縮過的,所以不必擔心存儲的問題。它們都是增量型的(incremental)以縮短GC停滯 的時間;它們還是分代的(generational),所以短時對象(short-lived object)回收得更快(想了解更多,請參見我的博客:Java 內存模型及GC原理)。有些是并行的,從而回收工作可以在多個核上分開運行;甚至還有同時發生的Garbage Collection,這樣就沒有了停滯時間。JRuby可以免費得到這些,現在的Java 7以及Java 6的u12,甚至還有一個新的G1回收站。
關于GC和JVM還有兩個很巧妙的地方,從中可以獲悉GC運行虛擬化和信息的情況。第一個是-J-verbose:gc flag,從中可以得到回收事件發生的時間、數量以及花費的時間,這可以讓我們獲悉垃圾回收器處理工作負載的好壞狀況:
[GC 16000K->3727K(82496K), 0.0396636 secs] [Full GC 13021K->5802K(82496K), 0.1468975 secs] [GC 21802K->9769K(82496K), 0.0292348 secs] [GC 25769K->12535K(82496K), 0.0243674 secs] [GC 28535K->13136K(82496K), 0.0169928 secs] [GC 29136K->15498K(82496K), 0.0213308 secs] [GC 31498K->16911K(82496K), 0.0213301 secs] [GC 32911K->19413K(82496K), 0.0186457 secs] [GC 35413K->20207K(82496K), 0.0146396 secs] |
你可以記錄這些事件并且計算出清理垃圾所需的總時間,還可以計算出你加載的工作負荷是否超過了回收器的能力,這可以幫助改變你的設計并通過調節堆棧大小來適配回收器。
第二個是通過JConsole查詢JVM狀況。JConsole可以從許多角度查看系統,而且有一個很棒的memory tab來展示GC的運行狀況,如下:
在右下角你可以看到綠色的框格,從中可以看到不同的生成占存儲的多少。比如說你看到一個近乎滿的survivor 生成,那意味著慢的滿GC收集時刻,那么意思就是說這個應用可能不是很健全。
4、JVM特性
1)移植性
無論是GC還是Hotspot都可以用在任何Java可用的地方。比方說,JRuby可以運行在其他平臺 上,Rails應用就可以運行在IBM主機上的JRuby上,而且這臺IBM主機運行的是CP/CMS。實際上,由于Java和OpenJDK項目的開 源,我們正在看到越來越多的平臺的衍生,因此JVM的移植性也將越來越棒。
2)成熟
JVM已有超過15年的歷史,在過去的這些年里,許多開發者為它做出了許多貢獻,使得它的性能一次又一次地提升,讓JVM變得更加穩定、快速和廣泛。
3)覆蓋面
JRuby和JVM上的其他語言項目已經被開發者所承認,一個典型的例子是invokedynamic specification (aka JSR292)。JSR越來越配合新的語言,JVM已不再是Java一個人定制規則。JVM正在構建成為類如JRuby等項目的優良平臺。
還有一個MLVM(multiple language VM)項目,好比是新特性的清算機構,是一個許多企業應用的開發者試圖添加應用的地方,而這些應用正是他們想在JVM中看到的。而且JVM開發者互相協作、彼此影響,無疑這有利于JVM新特性的誕生。
這些細節都可以看到JVM正在關注開發者的需求,擴大他的覆蓋面。
5、總結
JVM已經成為技術界越來越穩定的產品,Oracle/Sun的合并以及其他可能的商業鬧劇都不會影響這一點。許多 技術大鱷級公司(如Oracle、IBM、HP、SAP)已經為編寫JVM的中間軟件花了如此多的錢,以至于在下個十年里他們可能不會再為JVM的發展做 太大的貢獻。