我在一家投資銀行工作了許多年 ， 我的經驗告訴我，在金融軟件中出現的絕大多數問題是由于缺少實時支持導致的。許多大型的金融IT系統工作于java平臺，程序運行時一個不在計劃中的的兩秒的垃圾收集將導致成千上萬美元的損失。更糟糕的是，垃圾收集通常發生在程序負載很高的情況下，這時候程序對執行過程中的中斷更為敏感。同樣的情況也發生在其他高科技產業中，這就是為什么需要仔細研究實時JAVA規范及其實現的原因。

    有些人可能會認為JAVA和實時是不同環境中的兩個概念，實際上，最老的JSR之一（確切的說是第一個JSR）就是關于擴展JAVA平臺的實時特性的。然而，任務提交的順序并不保證它的實現的順序；Sun只是在最近才實現了實時性，但這并不意味著它是一個低優先級的特性；實際上，這是一個非常復雜并且是一個完整的工作。但是實時的要求與JAVA的本身的要求兼容嗎？有很多問題就不得不提了，如GC的語義學 ，同步，線程調度以及high-resolution的時間治理。在本文中，我們將逐一解釋這些名詞。

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作者:michaelzyy;michaelzyy
原文:http://www.matrix.org.cn/resource/article/2006-11-28/JAVA+Real+Time_72f1a994-7e38-11db-babc-9753a314dd4b.Html
要害字:Java;Real time

實時是什么意思呢？

    Greg Bollella ，是Sun公司的一個杰出的工程師，實時JAVA規范的作者之一，它說，實時意味著“能夠可靠的可猜測的推測和控制程序邏輯的時間行為的能力?！睂崟r并不像許多開發者想的那樣，意味著速度，而是意味著當需要對現實世界的事件作出反應時，它的行為是可猜測的和可靠的。實時的電腦總是在限定的期限之內作出反應。取決與所設定的的期限，大量的系統可以被稱作是實時的。

    很多程序不能答應即使是一秒的延遲；他們包括之前提到的金融軟件，飛機控制軟件，核電站控制軟件等等。所以，這些并不完全是對速度要求很高的，盡管實時平臺的設計師會努力使得程序變快。顯而易見，標準的JAVA平臺并不符合這些實時系統的要求，這也寫入了J2SE和J2EE的許可證協議中，這些協議明確的聲明JAVA不能用于核電站設施軟件和防衛系統等等。

實時JAVA

    開發實時應用程序需要一個能夠答應開發者正確的控制程序的運行時間以及程序在現實中的行為PI集合和語義。因此JAVA的實時版本必須提供一些JVM的增強以及一個適合實時程序的API集合。毫不希奇，在JAVA中添加實時的特性最大的障礙在于它的垃圾收集器。Sun最近發布的JAVA實時版本RTS1.0中就包含了一個革命性的核心的實時的垃圾收集器。盡管它的第一個實現中并沒有包含這樣一個垃圾收集器（將在下一個release版本中將增加）。JAVA RTS 提出了其他一些問題，保證線程調度的確定性，overhead同步，鎖排隊治理，類初始化以及最少的中斷反應延遲。JAVA RTS僅僅針對于合適的操作系統，這就意味著只有諸如QNX這樣的的實時操作系統才適合去實現一個這樣的JVM。

    實時JAVA規范的第一個官方商業實現版本是在Solaris 10，工作在Ultrasparc硬件上，并且要求J2SE 1.4.2作為基礎。未來的版本將會支持JAVA 5 以及其他的一些平臺。美國海軍，Raytheon公司和波音公司已經開始使用SUN的JAVA實時系統。當然，SUN的JAVA實時系統并不是第一個實時JAVA的實現。一些嵌入式系統的廠商已經在他們的系統中實現了一些實時的特性，不過他們的實現只是涵蓋了一些具體的需要，并不符合JSR-1規范的要求。這對于那些使用JAVA平臺并需要實時JVM的開發人員來說是個好消息。

    這些聽起來都不錯，可是從一個開發人員的角度來看，這又意味著什么呢？要改變現有的程序使其使用RTS的API需要些什么改變呢？我們可以擺脫垃圾收集導致的中斷這樣一個主要的問題嗎？很不幸，所有的一切并不是那么簡單。僅僅簡單的安裝一個RTS的擴展包，把java.lang.Thread實例改名交javax.realtime.RealtimeThread并不能把一個程序變成一個實時的應用程序。

    不過，這仍然是一個很好的開端，至少你可以獲得一個革命性的實時的垃圾收集器。不得不提的是現有的J2SE的程序將可以成功的在JAVA 實時系統下運行 因為RTSJ規范只是JAVA語言規范和JAVA虛擬機規范的一個子集。它并不答應那些可能會破壞現有程序的語義擴展。

    為了使得實時的垃圾收集器可猜測，程序員必須了解它的程序是如何從堆中要求內存的，因為垃圾收集器和程序都要用到它。程序產生垃圾，然后垃圾收集器將垃圾清理成空閑的內存，它們需要在堆中進行。因此，你必須告訴垃圾收集器關于你的程序產生垃圾的速度等一些信息，這樣它可以明白自己需要多快的進行垃圾收集。如何獲取那些數字可能是有點tricky，但是不管你做什么，你必須得考慮內存的使用。

    假如運行RealtimeThread不是足夠的，在修改完大罵之后，垃圾收集器的停頓將仍然很長或者無法猜測。你可能需要使用一個execution context而不是RealtimeThread，例如javax.realtime.NoHeaPRealtimeThread.它可以通過使用內存而不是JAVA堆來獲得可猜測的特性，例如immortal memory 和 scoped memory，后面我們將討論他們。獲得可猜測性當然需要代價的：典型的情況是犧牲了系統的平均性能。

JAVA RTS的新特性

    讓我們來看一下JAVA RTS平臺中增加了哪些新特性。

    *直接內存存取.JAVA RTS 答應對物理內存的直接存取，這與J2ME很像。不要驚異，JAVA實時系統主要針對的平臺就是嵌入式系統。這就意味著現在你可以創建用純JAVA寫的設備驅動了。盡管內存存取并不是一個實時系統的直接要求，許多應用程序還是需要對物理內存做存取。JAVA RST定義了一個新的類，這個類答應程序員對物理內存做字節級別的存取，同時這個類還答應在物理內存中創建對象。有人可能會認為JAVA支持物理內存存取就是放棄了原有的主要的原則－可靠性和安全性，并向C語言又靠近了一步。但這并不是問題的所在，JAVA通過控制內存邊界和數據內容來實現了一個強大的安全保護措施。

    *異步交流。JAVA RTS 提供了兩種異步交流的形式：異步事件處理和異步傳輸控制。異步事件處理意味這開發者可以計劃對來自JVM外部的事件的反應。異步傳輸控制為一個線程提供了安全的中斷另一個線程的方法。

    *High-resolution timing.有很多具體描述High-resolution timing的方法，包括絕對時間和相對時間。時間的調度和度量能夠具有一個納秒級準確度。

    *內存治理。有兩種新的內存區域可以幫助防止由于在實時應用程序中傳統的垃圾回收導致的無法預期的延遲。Immortal memory 和 scoped memory。Immortal memory保存對象而不摧毀他們，直到程序結束。這就意味著在Immortal memory中創建的對象必須像C 程序那樣仔細的分配和治理。scoped memory僅僅被用于當一個進程在一個特定的范圍里工作的情形。當這個進程離開這個范圍的時候，對象將自動被摧毀。Immortal memory和scoped memory都不會被垃圾收集的，因此可以通過使用它們來避免垃圾收集的影響。JAVA RTS也為使用內存區域的線程提供了內存分配預算的功能的有限支持。當線程被創建的時候，每個實時線程的最大內存區域消費和最大的分配率可以是指定的。

    *實時線程。正如先前所提到的，JAVA RT支持兩種新的線程模型：實時線程(javax.realtime.RealtimeThread) 和非堆實時線程(javax.realtime.NoHeapRealtimeThread).這兩種線程類型都是不能被垃圾收集中斷的。這些線程具有28個級別的優先級，并且和標準的JAVA不同，他們的優先級是嚴格的增強的。實時線程是同步的，并且并不受限于所謂的優先級顛倒（priority inversion），在這種priority inversion情況下，假如一個低優先級的線程擁有一個高優先級的線程所需要的資源，將會阻止了這個高優先級的線程的運行。測試證實JAVA RTS完全避免了priority inversion，這對于緊急任務來說是很重要的。