Java虚拟机基本原理和相关工具是什么

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今天要问你的问题是，谈谈你对 Java平台的理解？"Java是解释执行"，这句话正确吗？

典型回答

Java本身是一种面向对象的语言，最显著的特性有两个方面：

一是所谓的"一次编译，到处执行"（Compile once, run anywhere），能够非常容易地获得跨平台能力；

另外就是垃圾收集（GC, Garbage Collection），Java通过垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配内存，大部分情况下，程序员不需要自己操心内存的分配和回收。

我们日常会接触到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是 Java运行环境，包含了 JVM和 Java类库，以及一些模块等。而 JDK可以看作是 JRE的一个超集，提供了更多工具，比如编译器、各种诊断工具等。

对于"Java是解释执行"这句话，这个说法不太准确。

我们开发的 Java的源代码，首先通过 Javac编译成为字节码（bytecode），然后，在运行时，通过 Java虚拟机（JVM）内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。但是常见的 JVM，比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK提供的 Hospot JVM，都提供了 JIT（Just-In-Time）编译器，也就是通常所说的动态编译器，JIT能够在运行时将热点代码编译成机器码，这种情况下部分热点代码就属于编译执行，而不是解释执行了。

考点分析

其实这个问题，问得有点笼统。题目本身是非常开放的，往往考察的是多个方面，比如，基础知识理解是否很清楚；是否掌握 Java平台主要模块和运行原理等。很多面试者会在这种问题上吃亏，稍微紧张了一下，不知道从何说起，就给出个很简略的回答。

对于这类笼统的问题，你需要尽量表现出自己的思维深入并系统化，Java知识理解得也比较全面，一定要避免让面试官觉得你是个"知其然不知其所以然"的人。毕竟明白基本组成和机制，是日常工作中进行问题诊断或者性能调优等很多事情的基础，相信没有招聘方会不喜欢"热爱学习和思考"的面试者。

即使感觉自己的回答不是非常完善，也不用担心。我个人觉得这种笼统的问题，有时候回答得稍微片面也很正常，大多数有经验的面试官，不会因为一道题就对面试者轻易地下结论。通常会尽量引导面试者，把他的真实水平展现出来，这种问题就是做个开场热身，面试官经常会根据你的回答扩展相关问题。

知识扩展

回归正题，对于 Java平台的理解，可以从很多方面简明扼要地谈一下，例如：Java语言特性，包括泛型、Lambda等语言特性；基础类库，包括集合、IO/NIO、网络、并发、安全等基础类库。对于我们日常工作应用较多的类库，面试前可以系统化总结一下，有助于临场发挥。

或者谈谈 JVM的一些基础概念和机制，比如 Java的类加载机制，常用版本 JDK（如 JDK 8）内嵌的 Class-Loader，例如 Bootstrap、 Application和 Extension Class-loader；类加载大致过程：加载、验证、链接、初始化（这里参考了周志明的《深入理解 Java虚拟机》，非常棒的 JVM上手书籍）；自定义 Class-Loader等。还有垃圾收集的基本原理，最常见的垃圾收集器，如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1等，对于适用于什么样的工作负载***也心里有数。这些都是可以扩展开的领域，我会在后面的专栏对此进行更系统的介绍。

当然还有 JDK包含哪些工具或者 Java领域内其他工具等，如编译器、运行时环境、安全工具、诊断和监控工具等。这些基本工具是日常工作效率的保证，对于我们工作在其他语言平台上，同样有所帮助，很多都是触类旁通的。

下图是我总结的一个相对宽泛的蓝图供你参考。

不再扩展了，回到前面问到的解释执行和编译执行的问题。有些面试官喜欢在特定问题上"刨根问底儿"，因为这是进一步了解面试者对知识掌握程度的有效方法，我稍微深入探讨一下。

众所周知，我们通常把 Java分为编译期和运行时。这里说的 Java的编译和 C/C++是有着不同的意义的，Javac的编译，编译 Java源码生成".class"文件里面实际是字节码，而不是可以直接执行的机器码。Java通过字节码和 Java虚拟机（JVM）这种跨平台的抽象，屏蔽了操作系统和硬件的细节，这也是实现"一次编译，到处执行"的基础。

在运行时，JVM会通过类加载器（Class-Loader）加载字节码，解释或者编译执行。就像我前面提到的，主流 Java版本中，如 JDK 8实际是解释和编译混合的一种模式，即所谓的混合模式（-Xmixed）。通常运行在 server模式的 JVM，会进行上万次调用以收集足够的信息进行高效的编译，client模式这个门限是 1500次。Oracle Hotspot JVM内置了两个不同的 JIT compiler，C1对应前面说的 client模式，适用于对于启动速度敏感的应用，比如普通 Java桌面应用；C2对应 server模式，它的优化是为长时间运行的服务器端应用设计的。默认是采用所谓的分层编译（TieredCompilation）。这里不再展开更多 JIT的细节，没必要一下子就钻进去，我会在后面介绍分层编译的内容。

Java虚拟机启动时，可以指定不同的参数对运行模式进行选择。 比如，指定"-Xint"，就是告诉 JVM只进行解释执行，不对代码进行编译，这种模式抛弃了 JIT可能带来的性能优势。毕竟解释器（interpreter）是逐条读入，逐条解释运行的。与其相对应的，还有一个"-Xcomp"参数，这是告诉 JVM关闭解释器，不要进行解释执行，或者叫作***优化级别。那你可能会问这种模式是不是***效啊？简单说，还真未必。"-Xcomp"会导致 JVM启动变慢非常多，同时有些 JIT编译器优化方式，比如分支预测，如果不进行 profiling，往往并不能进行有效优化。

除了我们日常最常见的 Java使用模式，其实还有一种新的编译方式，即所谓的 AOT（Ahead-of-Time Compilation），直接将字节码编译成机器代码，这样就避免了 JIT预热等各方面的开销，比如 Oracle JDK 9就引入了实验性的 AOT特性，并且增加了新的 jaotc工具。利用下面的命令把某个类或者某个模块编译成为 AOT库。

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

然后，在启动时直接指定就可以了。

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

而且，Oracle JDK支持分层编译和 AOT协作使用，这两者并不是二选一的关系。

另外，JVM作为一个强大的平台，不仅仅只有 Java语言可以运行在 JVM上，本质上合规的字节码都可以运行，Java语言自身也为此提供了便利，我们可以看到类似 Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython等大量 JVM语言，活跃在不同的场景。

到此，关于"Java虚拟机基本原理和相关工具是什么"的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！