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Die Java Virtual Machine (abgekürzt Java VM oder JVM) ist der Teil der Java-Laufzeitumgebung (Java Runtime Environment, JRE) für Java-Programme, der für die Ausführung des Java-Bytecodes verantwortlich ist. Hierbei wird im Normalfall jedes gestartete Java-Programm in seiner eigenen virtuellen Maschine (VM) ausgeführt. Der andere Teil der Java-Laufzeitumgebung sind die Java-Klassenbibliotheken.
Die JVM dient dabei als Schnittstelle zur Maschine und zum Betriebssystem und ist für die meisten Plattformen verfügbar (z. B. Linux, macOS, Palm OS, Solaris, Windows, z/OS). Die JVM ist meist in den Programmiersprachen C oder C++ geschrieben.
Die Bestandteile der JVM sind
- der Klassenlader (classloader und resolver),
- die Speicherverwaltung sowie (selbstt?tige) -bereinigung (garbage collection) und die
- Ausführungseinheit (execution engine).
Funktionsprinzip
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Vom Java-Compiler erzeugter (plattformunabh?ngiger) Bytecode wird von einer plattformabh?ngigen Java Virtual Machine ausgeführt. Die erzeugten Bytecode-Dateien (Dateiendung ?.class“) werden w?hrend der Laufzeit in die lokale Maschinensprache übersetzt. Die virtuelle Maschine arbeitet dabei wie ein Interpreter, ist jedoch wesentlich schneller, da z. B. keine Syntaxüberprüfungen mehr vorgenommen werden müssen.
Sicherheitsvorteile
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Java Virtual Machine bietet neben der Plattformunabh?ngigkeit des Bytecodes auch einen Gewinn an Sicherheit. Sie überwacht zur Laufzeit die Ausführung des Programms, verhindert also zum Beispiel Pufferüberl?ufe, welche zu unvorhersehbarem Verhalten wie etwa dem Absturz des Programmes führen. Im speziellen Fall von Java f?llt diese überwachung sehr einfach aus, da Java nicht direkt Zeiger unterstützt (nur implizit).
Optimierungsverfahren
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Um die Ausführungsgeschwindigkeit von Java-Programmen zu erh?hen, setzen die meisten Java-VMs sogenannte JIT-Compiler (JITC) ein, die unmittelbar w?hrend des Programmablaufs den Bytecode ?Just In Time“ dauerhaft in Maschinencode übersetzen. Eine Weiterentwicklung dieses Ansatzes ist der Hotspot-Optimizer von Sun, welcher mit dynamischer Optimierung arbeitet:
Dynamische Optimierung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Oft ist zum Zeitpunkt der Kompilierung nicht bekannt, welche konkrete Eingabe eine Software verarbeiten muss. Demzufolge muss die Software mit allen Arten von Eingaben zurechtkommen. Die Eingabe wird demnach in Variablen gespeichert. Nach dem Start des Programms werden jedoch viele Variablen nicht mehr ge?ndert. Folglich sind diese – von einem Zeitpunkt kurz nach dem Start an – Konstanten. Wird nun erst nach diesem Zeitpunkt die Software für die System-Architektur kompiliert (dies ist bei HotSpot der Fall), so k?nnen diese Konstanten berücksichtigt werden. Bestimmte Verzweigungen, die nur von solchen ?Halbkonstanten“ abh?ngig sind, sind dann für immer eindeutig und stellen somit kein Risiko für eine falsche Sprungvorhersage dar. Ein solcher Programmcode kann also schneller ablaufen als zu einem früheren Zeitpunkt kompilierter Code.
Implementierungen in Hardware
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Ausführungen in Hardware sind die Java-Prozessoren, Mikroprozessoren, die Java-Bytecode als Maschinensprache verwenden. Sie konnten sich gegen die schnelle Steigerung der Leistungsf?higkeit von prozessorspezifischen JVMs auf anderssprachigen Prozessoren, wie in PCs und Mobiltelefonen eingesetzt, nicht durchsetzen.
Abschottung der Threads
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Java VM schottet die in ihr laufenden Prozesse vom Betriebssystem ab (Green Threads). Sie bildet standardm??ig Java-Threads durch Threads des Betriebssystems ab. Nur in Ausnahmef?llen erfolgt das Thread-Management durch die Java VM. Somit ist es auch m?glich, auf einem Betriebssystem, das kein Multithreading unterstützt, eine Java VM mit vollem Funktionsumfang anzubieten.
Die Java VM hat stets volle und standardkonforme Hoheit über die Java-Threads, d. h. der Programmierer braucht nicht die betriebssystemspezifischen Multi-Threading/Tasking/Processing-Eigenschaften zu berücksichtigen und kann sich stets auf die JRE verlassen. Nachteil ist, dass Probleme, die von einem Thread ausgehen, seitens des Betriebssystems dem gesamten Prozess zugeordnet werden. G?ngige Betriebssysteme (wie zum Beispiel Linux, Windows) erlauben Kontrolle über diese ?nativen“ Threads allenfalls über Software von Drittanbietern, wie beispielsweise die mit dem JDK mitgelieferte VisualVM. Standardwerkzeuge wie beispielsweise der Windows Taskmanager zeigen Systemthreads jedoch nicht an.
JVM-Sprachen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Neben Java gibt es auch andere Sprachen, die als Programmiersprachen für JVM-Programme benutzt werden k?nnen. Unter anderem folgende Sprachen k?nnen auf einer JVM laufen:
- Clojure, ein Lisp-Dialekt,
- Ceylon,
- Concurnas, eine Multi-Paradigma-Programmiersprache für nebenl?ufige, verteilte und reaktive Anwendungen, mit Python-?hnlicher Syntax, Unterstützung für GPU-Computing und Off-Heap-Speicherverwaltung.[1][2]
- Erjang, ein Erlang-Dialekt für die JVM,
- Free Pascal, das auch unter der JVM einen Gro?teil der Object-Pascal-Konstrukte unterstützt,
- Groovy, eine sehr Java-nahe, statisch wie dynamisch typisierte Programmiersprache
- JRuby, eine ann?hernd Ruby-kompatible Implementierung,
- Jython (früher: JPython), eine reine Java-Implementierung der Programmiersprache Python,
- Nice, erg?nzt Java mit parametrischen Typen, anonymen Funktionen, Multimethoden, Tupel und optionalen Parametern[3].
- Scala, eine Sprache, die Eigenschaften von Java mit funktionaler Programmierung vereint,
- Kotlin, eine 2011 vorgestellte Sprache von JetBrains[4]
Daneben gibt es eine Reihe von Skripting-Sprachen, die von Java aus aufrufbar sind. Dazu geh?rt JavaScript (mittlerweile standardisiert als ECMAScript) mit dem ?Rhino“-Interpreter (ein Mozilla-Projekt) bis Version 7 bzw. mit dem ?Nashorn“-Interpreter ab Version 8. Auch JavaFX enthielt in den Versionen 1.x eine Skripting-Sprache vor allem für grafische Elemente, ist aber ab Version 2.0 in pure Java implementiert.
Kompilierung in JavaScript
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Mit der kontinuierlichen Verbesserung der JavaScript-Ausführungsgeschwindigkeit, kombiniert mit der verst?rkten Nutzung mobiler Ger?te, deren Webbrowser keine Unterstützung für Plugins bereitstellen, gibt es Bemühungen, diese Benutzer durch Kompilierung in JavaScript anzusprechen. Es ist m?glich, den Quellcode oder JVM-Bytecode nach JavaScript zu kompilieren.
Die Kompilierung des JVM-Bytecodes, der für alle JVM-Sprachen universell ist, erm?glicht es, auf dem bestehenden Compiler der Sprache aufzubauen und Bytecode zu erstellen. Die wichtigsten JVM-Bytecodes für JavaScript-Compiler sind TeaVM[5], der Compiler im Dragome Web SDK[6], Bck2Brwsr[7], und j2js-Compiler[8].
Zu den führenden Compilern von JVM-Sprachen zu JavaScript geh?ren der Java-zu-JavaScript-Compiler in Google Web Toolkit, Clojurescript (Clojure), GrooScript (Apache Groovy), Scala.js (Scala) und andere[9].
Siehe auch
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Dalvik – eine von Google für die Android-Plattform entwickelte JVM
- HotSpot – die am weitesten verbreitete JVM von Oracle
- IBM J9
- JRockit (BEA Systems, jetzt Oracle)
- Kaffe – eine freie GPL-JVM-Implementierung
- Persistent Reusable Java Virtual Machine (PRJVM) – eine von IBM modifizierte Form der JVM
- PreonVM,[10] virtuelle Maschine für ressourcenbeschr?nkte eingebettete Systeme
- SableVM – freie LGPL JVM-Implementierung
Weblinks
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- Download-Seite der JRE (inklusive der Java Virtual Machine) bei Oracle
- JVM Dokumentation bei Oracle
- Spezifikation der Java VM (englisch)
- SPECjvm, De-facto-Standard zur Messung der Leistung einer JVM
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Concurnas: the New Language on the JVM for Concurrent and GPU Computing. In: InfoQ.com. C4Media Inc., abgerufen am 25. Juni 2020 (englisch).
- ↑ The Concurnas Programming Language. Concurnas Ltd., abgerufen am 25. Juni 2020 (englisch).
- ↑ The Nice programming language. Abgerufen am 15. August 2019 (englisch).
- ↑ Kotlin: Erster Web-Auftritt für JetBrains JVM-Sprache, it-republik.de, abgerufen am 22. Juli 2012
- ↑ TeaVM: Build Fast, Modern Web Apps in Java. Abgerufen am 23. Oktober 2019 (englisch).
- ↑ Dragome Web SDK. Abgerufen am 23. Oktober 2019 (englisch).
- ↑ Bck2Brwsr – APIDesign. Abgerufen am 23. Oktober 2019 (englisch).
- ↑ GitHub – decatur/j2js-compiler: A Java Bytecode to JavaScript Cross-Compiler. In: GitHub. Abgerufen am 23. Oktober 2019 (englisch).
- ↑ List of languages that compile to JS · jashkenas/coffeescript Wiki · GitHub. Github.com, abgerufen am 26. Juni 2015 (englisch).
- ↑ PreonVM | Virtuelle Maschine für die Preon32-Serie ( des vom 11. November 2017 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gem?? Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Abgerufen am 10. November 2017
