Java虛擬機(jī)基本原理和相關(guān)工具是什么

這篇文章主要介紹“Java虛擬機(jī)基本原理和相關(guān)工具是什么”，在日常操作中，相信很多人在Java虛擬機(jī)基本原理和相關(guān)工具是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Java虛擬機(jī)基本原理和相關(guān)工具是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

今天要問你的問題是，談?wù)勀銓?duì) Java平臺(tái)的理解？“Java是解釋執(zhí)行”，這句話正確嗎？

典型回答

Java本身是一種面向?qū)ο蟮恼Z言，最顯著的特性有兩個(gè)方面：

一是所謂的“一次編譯，到處執(zhí)行”（Compile once, run anywhere），能夠非常容易地獲得跨平臺(tái)能力；

另外就是垃圾收集（GC, Garbage Collection），Java通過垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配內(nèi)存，大部分情況下，程序員不需要自己操心內(nèi)存的分配和回收。

我們?nèi)粘?huì)接觸到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是 Java運(yùn)行環(huán)境，包含了 JVM和 Java類庫(kù)，以及一些模塊等。而 JDK可以看作是 JRE的一個(gè)超集，提供了更多工具，比如編譯器、各種診斷工具等。

對(duì)于“Java是解釋執(zhí)行”這句話，這個(gè)說法不太準(zhǔn)確。

我們開發(fā)的 Java的源代碼，首先通過 Javac編譯成為字節(jié)碼（bytecode），然后，在運(yùn)行時(shí)，通過 Java虛擬機(jī)（JVM）內(nèi)嵌的解釋器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成為最終的機(jī)器碼。但是常見的 JVM，比如我們大多數(shù)情況使用的 Oracle JDK提供的 Hospot JVM，都提供了 JIT（Just-In-Time）編譯器，也就是通常所說的動(dòng)態(tài)編譯器，JIT能夠在運(yùn)行時(shí)將熱點(diǎn)代碼編譯成機(jī)器碼，這種情況下部分熱點(diǎn)代碼就屬于編譯執(zhí)行，而不是解釋執(zhí)行了。

考點(diǎn)分析

其實(shí)這個(gè)問題，問得有點(diǎn)籠統(tǒng)。題目本身是非常開放的，往往考察的是多個(gè)方面，比如，基礎(chǔ)知識(shí)理解是否很清楚；是否掌握 Java平臺(tái)主要模塊和運(yùn)行原理等。很多面試者會(huì)在這種問題上吃虧，稍微緊張了一下，不知道從何說起，就給出個(gè)很簡(jiǎn)略的回答。

對(duì)于這類籠統(tǒng)的問題，你需要盡量表現(xiàn)出自己的思維深入并系統(tǒng)化，Java知識(shí)理解得也比較全面，一定要避免讓面試官覺得你是個(gè)“知其然不知其所以然”的人。畢竟明白基本組成和機(jī)制，是日常工作中進(jìn)行問題診斷或者性能調(diào)優(yōu)等很多事情的基礎(chǔ)，相信沒有招聘方會(huì)不喜歡“熱愛學(xué)習(xí)和思考”的面試者。

即使感覺自己的回答不是非常完善，也不用擔(dān)心。我個(gè)人覺得這種籠統(tǒng)的問題，有時(shí)候回答得稍微片面也很正常，大多數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的面試官，不會(huì)因?yàn)橐坏李}就對(duì)面試者輕易地下結(jié)論。通常會(huì)盡量引導(dǎo)面試者，把他的真實(shí)水平展現(xiàn)出來，這種問題就是做個(gè)開場(chǎng)熱身，面試官經(jīng)常會(huì)根據(jù)你的回答擴(kuò)展相關(guān)問題。

知識(shí)擴(kuò)展

回歸正題，對(duì)于 Java平臺(tái)的理解，可以從很多方面簡(jiǎn)明扼要地談一下，例如：Java語言特性，包括泛型、Lambda等語言特性；基礎(chǔ)類庫(kù)，包括集合、IO/NIO、網(wǎng)絡(luò)、并發(fā)、安全等基礎(chǔ)類庫(kù)。對(duì)于我們?nèi)粘９ぷ鲬?yīng)用較多的類庫(kù)，面試前可以系統(tǒng)化總結(jié)一下，有助于臨場(chǎng)發(fā)揮。

或者談?wù)?JVM的一些基礎(chǔ)概念和機(jī)制，比如 Java的類加載機(jī)制，常用版本 JDK（如 JDK 8）內(nèi)嵌的 Class-Loader，例如 Bootstrap、 Application和 Extension Class-loader；類加載大致過程：加載、驗(yàn)證、鏈接、初始化（這里參考了周志明的《深入理解 Java虛擬機(jī)》，非常棒的 JVM上手書籍）；自定義 Class-Loader等。還有垃圾收集的基本原理，最常見的垃圾收集器，如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1等，對(duì)于適用于什么樣的工作負(fù)載***也心里有數(shù)。這些都是可以擴(kuò)展開的領(lǐng)域，我會(huì)在后面的專欄對(duì)此進(jìn)行更系統(tǒng)的介紹。

當(dāng)然還有 JDK包含哪些工具或者 Java領(lǐng)域內(nèi)其他工具等，如編譯器、運(yùn)行時(shí)環(huán)境、安全工具、診斷和監(jiān)控工具等。這些基本工具是日常工作效率的保證，對(duì)于我們工作在其他語言平臺(tái)上，同樣有所幫助，很多都是觸類旁通的。

下圖是我總結(jié)的一個(gè)相對(duì)寬泛的藍(lán)圖供你參考。

不再擴(kuò)展了，回到前面問到的解釋執(zhí)行和編譯執(zhí)行的問題。有些面試官喜歡在特定問題上“刨根問底兒”，因?yàn)檫@是進(jìn)一步了解面試者對(duì)知識(shí)掌握程度的有效方法，我稍微深入探討一下。

眾所周知，我們通常把 Java分為編譯期和運(yùn)行時(shí)。這里說的 Java的編譯和 C/C++是有著不同的意義的，Javac的編譯，編譯 Java源碼生成“.class”文件里面實(shí)際是字節(jié)碼，而不是可以直接執(zhí)行的機(jī)器碼。Java通過字節(jié)碼和 Java虛擬機(jī)（JVM）這種跨平臺(tái)的抽象，屏蔽了操作系統(tǒng)和硬件的細(xì)節(jié)，這也是實(shí)現(xiàn)“一次編譯，到處執(zhí)行”的基礎(chǔ)。

在運(yùn)行時(shí)，JVM會(huì)通過類加載器（Class-Loader）加載字節(jié)碼，解釋或者編譯執(zhí)行。就像我前面提到的，主流 Java版本中，如 JDK 8實(shí)際是解釋和編譯混合的一種模式，即所謂的混合模式（-Xmixed）。通常運(yùn)行在 server模式的 JVM，會(huì)進(jìn)行上萬次調(diào)用以收集足夠的信息進(jìn)行高效的編譯，client模式這個(gè)門限是 1500次。Oracle Hotspot JVM內(nèi)置了兩個(gè)不同的 JIT compiler，C1對(duì)應(yīng)前面說的 client模式，適用于對(duì)于啟動(dòng)速度敏感的應(yīng)用，比如普通 Java桌面應(yīng)用；C2對(duì)應(yīng) server模式，它的優(yōu)化是為長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的服務(wù)器端應(yīng)用設(shè)計(jì)的。默認(rèn)是采用所謂的分層編譯（TieredCompilation）。這里不再展開更多 JIT的細(xì)節(jié)，沒必要一下子就鉆進(jìn)去，我會(huì)在后面介紹分層編譯的內(nèi)容。

Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可以指定不同的參數(shù)對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行選擇。 比如，指定“-Xint”，就是告訴 JVM只進(jìn)行解釋執(zhí)行，不對(duì)代碼進(jìn)行編譯，這種模式拋棄了 JIT可能帶來的性能優(yōu)勢(shì)。畢竟解釋器（interpreter）是逐條讀入，逐條解釋運(yùn)行的。與其相對(duì)應(yīng)的，還有一個(gè)“-Xcomp”參數(shù)，這是告訴 JVM關(guān)閉解釋器，不要進(jìn)行解釋執(zhí)行，或者叫作***優(yōu)化級(jí)別。那你可能會(huì)問這種模式是不是***效??？簡(jiǎn)單說，還真未必?！?Xcomp”會(huì)導(dǎo)致 JVM啟動(dòng)變慢非常多，同時(shí)有些 JIT編譯器優(yōu)化方式，比如分支預(yù)測(cè)，如果不進(jìn)行 profiling，往往并不能進(jìn)行有效優(yōu)化。

除了我們?nèi)粘Ｗ畛Ｒ姷?Java使用模式，其實(shí)還有一種新的編譯方式，即所謂的 AOT（Ahead-of-Time Compilation），直接將字節(jié)碼編譯成機(jī)器代碼，這樣就避免了 JIT預(yù)熱等各方面的開銷，比如 Oracle JDK 9就引入了實(shí)驗(yàn)性的 AOT特性，并且增加了新的 jaotc工具。利用下面的命令把某個(gè)類或者某個(gè)模塊編譯成為 AOT庫(kù)。

jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class jaotc --output libjava.base.so --module java.base

然后，在啟動(dòng)時(shí)直接指定就可以了。

java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so,./libjava.base.so HelloWorld

而且，Oracle JDK支持分層編譯和 AOT協(xié)作使用，這兩者并不是二選一的關(guān)系。

另外，JVM作為一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，不僅僅只有 Java語言可以運(yùn)行在 JVM上，本質(zhì)上合規(guī)的字節(jié)碼都可以運(yùn)行，Java語言自身也為此提供了便利，我們可以看到類似 Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython等大量 JVM語言，活躍在不同的場(chǎng)景。

到此，關(guān)于“Java虛擬機(jī)基本原理和相關(guān)工具是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！