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Understanding Java Virtual Machine Architecture: Overview and Optimization Techniques

Explore the Java Virtual Machine (JVM) architecture, including data types, instruction sets, limitations, bytecode examples, optimizations, and conclusions. Learn about JVM's structure, data types, threads, stacks, method area, and heap. Discover JVM's instruction set, including load/store, arithmetic, conversion, object manipulation, stack management, control, method invocation, and more. Delve into JVM optimization strategies and benefits. Reference key JVM literature for further study.

lucas
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Understanding Java Virtual Machine Architecture: Overview and Optimization Techniques

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Presentation Transcript

  1. Arquitetura da Máquina Virtual Java James de Souza - RA 991899 IC - Unicamp - Novembro/2005

  2. Arquitetura da JVM - Agenda - Introdução - Estrutura - Tipos de dados - Área de dados - Conjunto de instruções - Limitações - Exemplo de bytecode - Otimizações - Conclusão - Bibliografia

  3. Arquitetura da JVM - Introdução - motivação: portabilidade - um novo nível de abstração - trabalha com bytecodes - pode ser implementada em diversas arquiteturas - formato de arquivo class - subsistemas, área de memória, tipos de dados e instruções

  4. Arquitetura da JVM - Estrutura

  5. Arquitetura da JVM - Tipos de dados

  6. Arquitetura da JVM - Threads e Stacks

  7. Arquitetura da JVM - Área de métodos e heap - área de métodos - informações das classes - heap - área de instâncias

  8. Arquitetura da JVM - Conjunto de Instruções - Instruções load e store Ex: iload, dload - Instruções aritméticas Ex: iadd, lsub, fmul, ishl, iand - Instruções para conversão de dados Ex: i2l, f2d - Instruções para manipulação de objetos Ex: new, newarray, getfield, putstatic

  9. Arquitetura da JVM - Conjunto de Instruções - Instruções para gerenciamento da pilha (operand stack) Ex: pop, dup, swap - Instruções de controle Ex: ifeq, ifnull, ifnonnull, goto - Instruções de chamada e retorno de métodos Ex: invokevirtual, invocstatic

  10. Arquitetura da JVM - Limitações - arquivo class - magic - 0xCAFEBABE - campos: minor_version, major_version, access_flag (ACC_FINAL, ACC_ABSTRACT), fields_count, fields[] - máximo de variáveis locais: 65535 - operand stack: 65535 - número de parâmetros de um método: 255

  11. Arquitetura da JVM - Exemplo class Act { public static void doMathForever() { int i = 0; for (;;) { i += 1; i *= 2; } } }

  12. Arquitetura da JVM - Exemplo 0 iconst_0 // 03 1 istore_0 // 3b 2 iinc 0, 1 // 84 00 01 5 iload_0 // 1a 6 iconst_2 // 05 7 imul // 68 8 istore_0 // 3b 9 goto 2 // a7 ff f9

  13. Arquitetura da JVM - Otimizações - inicialmente considerada lenta - interpretada - otimização usando compilação para código nativo direto - otimização usando hardware: picoJava - otimização utilizando JIT (Just-In-Time)

  14. Arquitetura da JVM - Conclusão - simples e de fácil implementação - permite independência de hardware - ao mesmo tempo abre espaço para implementações específicas - utilização de bytecodes - outras linguagens - lenta quando interpretada, porém otimizada em hardware e JIT

  15. Arquitetura da JVM - Bibliografia - Sun Microsystems, Inc. The Java Virtual Machine Specification, 1999. - B. Venners. Inside the Java Virtual Machine. Artima Software, Inc., 2003. - Tom R. Halfhill, How To Soup Up Java, 1998. - Austin C. e Pawlan M., Advanced Programming for the Java 2 Platform, 1999. - Apache Software Foundation, Byte Code Engineering Library, 2003

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