我是研究過(guò)jvm 所以在讀這本書(shū)的時(shí)候總是先關(guān)注 python 的虛擬機(jī)。

關(guān)注python 的虛擬機(jī)，首先你要先了解 .py文件編譯之后，在python虛擬機(jī)中是什么的結(jié)構(gòu)；換句話說(shuō)，要知道pyc 二進(jìn)制文件字節(jié)碼的 格式，文件魔術(shù)、字符表、字符串，常量，模塊信息、字節(jié)碼、方法和變量等信息。

然后pyc在虛擬機(jī)中執(zhí)行時(shí)候，創(chuàng)建的對(duì)象信息是什么樣的，即pyCodeObject.如圖：

圖中的pyCodeObject包含子模塊（方法和類）和子pyCodeObject信息，這樣指針鏈接關(guān)系，構(gòu)成環(huán)境鏈，環(huán)境鏈（模塊鏈）對(duì)于python虛擬機(jī)而言非常重要，是執(zhí)行的關(guān)鍵！！

虛擬機(jī)是依據(jù)環(huán)境鏈需要和創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的pyFrameObject對(duì)象和其對(duì)應(yīng)的棧結(jié)構(gòu)。

然后再去了解虛擬機(jī)的架構(gòu)，內(nèi)存管理，垃圾回收，以及多線程的實(shí)現(xiàn)和一些機(jī)制。

對(duì)于虛擬機(jī)編譯py之后，在內(nèi)存上創(chuàng)建pycodeObject，在運(yùn)行的之后，同時(shí)會(huì)創(chuàng)建pyFrameObject對(duì)象。這個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)的是一個(gè)棧結(jié)構(gòu)，當(dāng)pycodeObject第一次使用的時(shí)候，就會(huì)被虛擬機(jī)創(chuàng)建運(yùn)行棧數(shù)據(jù)對(duì)象，pycodeObject和pyFrameObject一一對(duì)應(yīng)。pyFrameObject里面包含了pycodeObject，同時(shí)包含棧信息，執(zhí)行當(dāng)前環(huán)境鏈上的前一個(gè)frame信息，builtin、local、global名字空間，當(dāng)前字節(jié)碼指令信息（在源代碼的行數(shù)），上一個(gè)字節(jié)碼，需要內(nèi)存空間信息等。如圖：

虛擬機(jī)執(zhí)行過(guò)程中，在一個(gè)環(huán)境域中（作用域）執(zhí)行的結(jié)果要保存到對(duì)應(yīng)的pyFrameObject中，那么才能保證在不同的作用域取值的正確性，有效性。對(duì)于pyFrameObject的調(diào)用關(guān)系（pycodeObject中import）也會(huì)在pyFrameObject中的struck_frame *last_frame? 形成棧依賴（調(diào)用）鏈。我們寫(xiě)一個(gè)python文件，文件中直接聲明一個(gè)方法直接調(diào)用，python雖然也是面對(duì)對(duì)象的編程語(yǔ)言，但是對(duì)于開(kāi)發(fā)者是可以面對(duì)過(guò)程的開(kāi)發(fā)。只是虛擬機(jī)底層對(duì)函數(shù)進(jìn)行了封裝，函數(shù)也是對(duì)象（python中萬(wàn)物皆對(duì)象）。函數(shù)被封裝為pyFunctionObject，其中包含了參數(shù)，函數(shù)名，func_doc，func_code，func_globals，func_module等等。func_code是指向func_code對(duì)象的指針，func_code也是對(duì)象，是代碼指令對(duì)象。func_module是函數(shù)可調(diào)用的modules；func_global是函數(shù)的上下文或者函數(shù)可調(diào)用的空間。函數(shù)的調(diào)用指針指向pyFunctionObject，再轉(zhuǎn)向pyCodeObject，其中涉及參數(shù)的傳遞，上下文的使用。

對(duì)于python類與對(duì)象，類有一個(gè)統(tǒng)一的締造者Object 類，j基類Object類有一個(gè)type類型的metaclass，或者可以說(shuō)是類對(duì)象模版。這點(diǎn)和python和javascript虛擬機(jī)很相似，js引擎對(duì)于方法和類都是有封裝的，都是一個(gè)對(duì)象，且在js引擎中，函數(shù)和類都分別有自己的頂層模版。對(duì)于python class 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，首先是class對(duì)象的創(chuàng)建，然后根據(jù)這個(gè)class對(duì)象去創(chuàng)建instance 對(duì)象。class對(duì)象的創(chuàng)建是獲取pyTypeClassA（假如是classA類）的對(duì)象封裝，其中包含類繼承信息，class 對(duì)象在初始化的時(shí)候，調(diào)用type_new。這個(gè)方法首先做的就是獲取父類信息（python支持多繼承），然后調(diào)用metaclass模版去創(chuàng)建class對(duì)象。對(duì)于 對(duì)象instance的創(chuàng)建，虛擬機(jī)調(diào)用object_new 方法，直接獲取class對(duì)象，然后就是type_call 區(qū)執(zhí)行init初始化。

對(duì)于jvm 和 python 虛擬機(jī)有很多類似的地方，雖然兩者一個(gè)是編譯型語(yǔ)言，一個(gè)是腳本。但是這兩者都是有源碼解析生成中間文件，中間文件在被加載后生成字節(jié)碼文件對(duì)象，然后虛擬機(jī)后面的執(zhí)行都是和這個(gè)字節(jié)碼對(duì)象有關(guān)。區(qū)別在于，jvm中每一個(gè)字節(jié)碼文件就是class對(duì)象，在加載的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建類對(duì)象。而且方法是直接存儲(chǔ)在類對(duì)象中，不會(huì)單獨(dú)的封裝成方法對(duì)象。但是python的方法對(duì)象和類對(duì)象的管理和js引擎類似，萬(wàn)物皆對(duì)象，對(duì)類和方法以及作用域都進(jìn)行了對(duì)象的封裝。

對(duì)于java創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，首先到方法區(qū)的常量池中，尋找該對(duì)象的類類型，（全局常量，類的字符信息表都存在常量池中）然后檢測(cè)該類是不是已經(jīng)初始化了（有沒(méi)有創(chuàng)建類對(duì)象），如果是就是快速創(chuàng)建；否則就是慢創(chuàng)建。

快速創(chuàng)建：就是直接根據(jù)類對(duì)象創(chuàng)建，首先在eden區(qū)，分配一塊地址，指針指向一塊空區(qū)間，設(shè)置空區(qū)間的大小（int* FirstAddress和size）。然后初始化對(duì)象頭信息，分代年齡，偏向id,偏向時(shí)間戳等。然后一些方法指針指向類對(duì)象信息，接著就是調(diào)整線程棧對(duì)象的指向，pc的調(diào)整。

慢創(chuàng)建：就是類沒(méi)有初始化，先將類進(jìn)行加載或者初始化，然后再創(chuàng)建。

對(duì)于js和python對(duì)象雖然不一定和java一致，但是大致過(guò)程肯定是一樣；首先應(yīng)該是符號(hào)的匹配，空間分配，初始化信息，調(diào)整引用指向。

對(duì)于php zend 虛擬機(jī)其對(duì)每一個(gè)php文件編譯生成對(duì)應(yīng)的指令數(shù)組oop_array和數(shù)據(jù)數(shù)組；對(duì)于php中的類，編譯之后生成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)部還是只是存儲(chǔ)的屬性變量數(shù)組指針和方法列表指針。函數(shù)列表中每一個(gè)指針指向這個(gè)方法的指令數(shù)組的首地址。對(duì)于指令執(zhí)行的時(shí)候，啟動(dòng)zend.execute() c代碼函數(shù)，將指令和數(shù)據(jù)指針交給函數(shù)去執(zhí)行。zend_execute 調(diào)用指令的方式有CALL, SWICH和GOTO方式，call是直接的函數(shù)調(diào)用，建立函數(shù)棧幀，指令一次出入棧。goto是直接調(diào)用指令，execute.mian將指令指針直接移交給EBP指令棧頂寄存器。swich方式 是指令在兩者之間的判斷選擇。對(duì)于zend虛擬機(jī)，其內(nèi)部沒(méi)有建立棧幀，只是對(duì)于對(duì)象數(shù)據(jù)和代碼指令都是存儲(chǔ)在分配的內(nèi)存堆中。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要就是hashtable和數(shù)組，指令的執(zhí)行是依據(jù)zend execute.main 建立的唯一的棧幀去執(zhí)行。

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插入說(shuō)一下JIT動(dòng)態(tài)編譯：

靜態(tài)編譯優(yōu)化和動(dòng)態(tài)編譯優(yōu)化最大的不同是他們?cè)诰幾g時(shí)所得到的信息量的不同。靜態(tài)編譯在運(yùn)行程序之前就把所有的執(zhí)行代碼編譯完，這時(shí)編譯器所接受的編譯信息量是不夠多的。比如說(shuō)：某個(gè)函數(shù)是否是大量地被調(diào)用了，函數(shù)的實(shí)參是不是一直是一個(gè)常數(shù)，等等。 動(dòng)態(tài)編譯之于靜態(tài)編譯，缺點(diǎn)是它需要即時(shí)編譯代碼，但是有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)——編譯器可以獲得靜態(tài)編譯期所沒(méi)有的信息。比如：通過(guò)運(yùn)行時(shí)的profiling可以知道哪些函數(shù)是被大量使用的。在哪些execution path上哪些函數(shù)的參數(shù)一直都沒(méi)有變，等等。不要小看這些信息，當(dāng)即時(shí)編譯器了解這些信息之后可以在短時(shí)間內(nèi)編譯出比靜態(tài)編譯器更優(yōu)質(zhì)的二進(jìn)制碼。舉例來(lái)說(shuō)，一般程序也遵循90-10原則，即運(yùn)行時(shí)的90%里計(jì)算機(jī)是在處理其中10%的代碼，尋找到這些執(zhí)行熱點(diǎn)代碼進(jìn)行深度優(yōu)化能得到比靜態(tài)編譯更好的性能（因?yàn)橐阎嘈畔⒘?#xff09;。? 然而現(xiàn)實(shí)是：即時(shí)編譯的開(kāi)銷非常大，暫時(shí)還不能超越靜態(tài)編譯的總體性能。不過(guò)，一個(gè)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言（如JAVA，Python）有著靜態(tài)語(yǔ)言（如C++）所沒(méi)有的各種優(yōu)勢(shì)，必然是將來(lái)程序語(yǔ)言發(fā)展的方向。伴隨著強(qiáng)大的需求，即時(shí)編譯器在將來(lái)也會(huì)更加強(qiáng)大。

對(duì)于解釋器語(yǔ)言來(lái)說(shuō)（不管直接解釋 AST 還是字節(jié)碼），指令分發(fā)是個(gè)開(kāi)銷很大的過(guò)程（即一個(gè)很大的 switch case ，根據(jù)得到的指令決定解釋器下一步要做什么），這樣會(huì)導(dǎo)致這部分的 CPU 指令緩存命中率大幅下降。

對(duì)于動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，JIT 時(shí)還可以做類型特化。比如一個(gè)函數(shù) add(x, y)，純解釋的話，每次執(zhí)行時(shí)需要判斷 x 與 y 的類型，根據(jù)類型再做具體的操作（整數(shù)加法 / 浮點(diǎn)數(shù)加法 / 字符串拼接）。假使實(shí)際代碼運(yùn)行過(guò)程中，x 和 y 一直都是整型類型，這些操作也不能省略，導(dǎo)致性能下降。但是 JIT 的時(shí)候，可以將此函數(shù)編譯成 add_int_int(x: int, y: int) 的形式，這樣性能就和編譯型語(yǔ)言完全相等了。

函數(shù)內(nèi)聯(lián)，JIT 的時(shí)候可以根據(jù)函數(shù)調(diào)用情況，將常用的一些函數(shù)做內(nèi)聯(lián)編譯。

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對(duì)于js虛擬機(jī)（例如 V8）它是基于JIT，沒(méi)有所謂的中間字節(jié)碼文件，在運(yùn)行時(shí)的時(shí)候會(huì)針對(duì)字節(jié)碼的解析和優(yōu)化處理（這樣可以獲取運(yùn)行時(shí)的處理信息，以達(dá)到性能提升）。

Chakra(Microsoft Internet Explorer)
Nitro/JavaScript Core (Safari)
Carakan (Opera)
SpiderMonkey (Firefox)
V8 (Chrome, Chromium)

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《python 源码剖析》 读后总结（虚拟机综述）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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