Java简介

达者为先  师者之意

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1 Java的三个体系

Java 是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的 Java 面向对象程序设计语言和 Java 平台的总称。由 James Gosling和同事们共同研发，并在 1995 年正式推出。

后来 Sun 公司被 Oracle （甲骨文）公司收购，Java 也随之成为 Oracle 公司的产品。

Java分为三个体系：

JavaSE（J2SE）（Java2 Platform Standard Edition，java平台标准版）

• 标准Java语言，类似c语言的变量、流程控制、函数、指针最基础的东西
• 通常是指 Java Standard Edition，Java 标准版，Java SE（Java Platform，Standard Edition）Java SE 以前称为J2SE。
• 它允许开发和部署在桌面、服务器、嵌入式环境和实时环境中使用的 Java 应用程序

JavaEE(J2EE)(Java 2 Platform,Enterprise Edition，java平台企业版)

• 多了一些API，相当于c语言面向Linux应用层的开发
• 是指 Java Enterprise Edition，Java 企业版
• Java EE（Java Platform，Enterprise Edition）这个版本以前称为J2EE
  企业版本帮助开发和部署可移植、健壮、可伸缩且安全的服务器端 Java 应用程序

JavaME(J2ME)(Java 2 Platform Micro Edition，java平台微型版)。
2005 年 6 月，JavaOne 大会召开，SUN 公司公开 Java SE 6。此时，Java 的各种版本已经更名，以取消其中的数字 “2”：J2EE 更名为 Java EE，J2SE 更名为Java SE，J2ME 更名为 Java ME。

• 面向嵌入式设备消费电子，手机软件程序
• Java的微型版，主要针对消费类电子设备的
• Java ME（Java Platform，Micro Edition）这个版本以前称为 J2ME
  Java ME为在移动设备和嵌入式设备（比如手机、PDA、电视机顶盒和打印机）上运行的应用程序提供一个健壮且灵活的环境

总结来说就是：

• Java SE 是做电脑上运行的软件。

• Java EE 是用来做网站的（我们常见的JSP技术）

• Java ME 是做手机软件的。

2 Java程序的执行

在深入Java内部之前，先来理解Java源文件是如何执行的。

1. 使用编辑器或IDE(集成开发环境)编写Java源文件.即Simple.java
2. 程序必须编译为字节码文件，javac(Java编译器)编译源文件为Simple.class文件.
3. 类文件可在任何平台/操作系统上由JVM(Java虚拟机)执行
4. JVM将字节码文件翻译为机器可以执行的机器码(0,1二进制）

3 什么是JVM

JVM (JAVA虚拟机)是运行Java字节码的虚拟机,通过编译 .java 文件为 .class 文件得到字节码文件 . .class文件包含JVM可以理解的字节码。

在现实世界中，JVM是一种规范，它提供可以执行Java字节码的运行时环境。不同的供应商提供这种规范的不同实现。

最受欢迎的JVM的实现是Hotspot，它是由Oracle公司拥有并提供维护。

JVM使用许多高级技术为Java程序提供最佳性能，包括 先进的内存模型，GC（垃圾回收器）和adaptive optimizer(自适应优化器)

JVM有两种不同的风格 - client 和 server 。虽然Server和Client VMs相似，但是Server VM经过了特殊的调优，可以最大限度地提高峰值运行速度。它用于执行长时间运行的服务器应用程序，这些应用程序需要尽可能快的运行速度，而不是快速启动时间或更小的运行时内存占用。开发人员可以通过指定-client或-server来选择他们想要的系统。

JVM之所以称为虚拟机，是因为它提供了一个不依赖于底层操作系统和机器硬件体系结构的机器接口。

这种与硬件和操作系统的独立性使得Java程序“写一次，到处运行（ write-once-run-anywhere )

3.1 JVM结构

JVM Architecture

3.1.1 Class Loader

类装载器是用于加载类文件的一个子系统，其主要功能有三个：loading(加载），linking（链接）, initialization（初始化）。

1. Loading
   1. 加载类，JVM有三种类加载方式：Bootstrap,extension,application
   2. 当加载类文件时，JVM会找到某个任意类XYZ.class的依赖项。
   3. 第一个引导类载入器试图查找类，它会扫描lib文件夹下的rt.jar文件
   4. 如果没有找到类，则extension类加载器会在jre\lib\ext文件夹下查找该类
   5. 同样没有找到类，application类加载器会在系统CLASSPATH环境变量中查询所有的Jar文件和类.
   6. 如果类被任何加载器发现，则被类加载器载入，否则抛出异常:ClassNotFoundException。
2. Linking
   1. 类加载完成后，执行Linking（链接），一个字节码验证器将验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，得到一个验证错误。此时，还将内存分配给类中的静态变量和静态方法。
3. Initialization
   1. 这是类加载的 最后一个阶段，所有的静态变量都被赋以原始初值，并执行静态代码块。

3.1.2 JVM Memory Areas

JVM内存区域被划分为多个部分来存储应用程序数据的特定部分。

• Method Area(方法区): 存储像元数据，常量运行池，方法代码的结构
• Heap(堆区)： 存储程序运行时被创建的所有对象
• Stack(栈区)： 存储本地变量(局部变量）和中间结果。所有的这些变量都是创建他们的线程的本地变量。每个线程有自己的Java Stack，在线程创建时该区被创建，所有这些本地变量也被称为：线程本地变量
• PC register(程序计数器)： 存储当前正在执行的的语句的物理内存地址。在Java中，每一个线程又有自己独立的PC register。
• Java支持并可以使用本地代码。许多底层代码都是由C/C++编写。本地方法栈保存本地代码的指令。

3.2 JVM Execution Engine(执行引擎)

所有分配给JVM的代码都由Execution Engine（执行引擎）执行，执行引擎读取字节码并逐个执行。它使用两个内置的解释器和JIT编译器将字节码转换成机器码并执行它。

使用JVM，两个解释器和编译器都会产生本地代码，不同之处在于他们如何生成本地代码，如何优化以及优化的代价。

3.2.1 Interpreter(解释器)

通过查找预定义的JVM-指令到机器指令映射，JVM解释器可以将每个字节码指令转换为相应的本地指令。它直接执行字节码，不执行任何优化。

3.2.2 JIT Compiler(即时编译器)

• 为了提高效率，JIT Compiler在运行时与JVM交互，，并适当将字节码序列编译为本地机器代码。典型地，JIT Compiler执行一段代码（不是每次一条语句），优化这块代码，并将其翻译为优化的机器代码。
• JIT Compiler是默认开启的，你可以禁用，这种情况下，将解释整个Java程序，所以不建议禁用JIT Compiler，当然除了诊断或者出现JIT编译问题.

直接来说：JVM，即java虚拟机，是java运行时的环境，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行，这就是Java能够“一次编译，到处运行”的原因。

它是整个java实现跨平台的最核心的部分，所有的java程序会先被编译为.class的类文件，该类型文件可以在虚拟机上执行，也就是说class并不直接与机器的操作系统相对应，而是经过虚拟机间接与操作系统交互，由虚拟机将程序解释给本地系统执行。

总结：可以把JVM理解为是一个虚拟出来的计算机，具备着计算机的基本运算方式，主要负责将java程序生成的字节码文件解释成具体系统平台上的机器指令。

4 什么是JRE

Java 运行时环境(JRE)是一个软件包，它捆绑了 libraries(jar) 和 JVM ，以及用 Java 编写的应用程序的其他组件。 JVM 只是 JRE 发行版的一部分。

执行任何 Java 程序，需要在机器上安装 JRE ，这是最低要求。

JRE捆绑的组件如下：

• DDL 文件：由 Java 客户端虚拟机使用.
• 代码库，属性设置，资源文件也都包含，比如 rt.jar 和 charsets.jar
• Java扩展文件，如 localedata.jar
• 包含用于安全管理的文件，这些文件包括安全策略(security policy)和安全属性(security properties)
• 包含 applets 支持类的 jar 文件
• 包含平台使用的 TrueType 字体文件

JRE可以作为JDK的一部分下载或者也可以单独下载，JRE依赖于平台，这意味着根据机器类型(操作系统和体系结构),必须选择要导入和安装的JRE包

例如：你不能安装64位的 JRE 到32位的机器上，同样，针对Windows的发行版无法在Linux平台中工作.

5 什么是JDK

JDK 是 JRE 的超集， JDK 包含了 JRE 的所有开发，调试和监视应用程序的工具。当要开发Java应用程序时，需要安装 JDK 。

下面是 JDK 附带的一些重要组件:

• apt 注解处理工具
• javadoc 文档生成器，可以自动从源代码生成说明文档
• jar 归档器，将相关的类库打包到一个JAR文件中。还可以帮助管理JAR文件
• jConsole Java 监控和管理平台
• jhat Java 堆分析工具
• jstack 打印 Java 线程的堆栈信息
• keytool 策略创建和管理工具
• jarsigner Java 签名和验证工具
  同JRE, JDK 也依赖于平台，所以要下载与机器相对应的 JDK 包

6 JDK，JRE，JVM之间的差异

基于上面的简述，我们可以得出这样的差异：

JRE = JVM + libraries to run Java Application
JDK = JRE + tools to develop Java Application

JVM不能单独搞定class的执行，解释class的时候JVM需要调用JRE的类库lib。在JRE目录里有两个文件夹bin和lib，可以认为bin里的就是jvm，lib里的则是jvm工作所需要的类库，而jvm和 lib和起来就称为JRE。

利用JDK（调用JAVA API）开发了JAVA程序后，通过JDK中的编译程序（javac）将java文件编译成JAVA字节码，在JRE上运行这些JAVA字节码，JVM解析这些字节码，映射到CPU指令集或OS的系统调用。

JDK和JRE区别：JDK的bin目录里有javac.exe而JRE里面没有，javac指令是用来将java文件编译成class文件的，这是开发者需要的，而用户是不需要的。JDK还有jar.exe, javadoc.exe等用于开发的可执行指令文件。证实了一个jdk是开发环境，而jre是运行环境。

注意： JVM并不代表可以执行class，因为JVM执行.class还需要JRE下的lib类库的支持，尤其是rt.jar。

jdk的bin目录文件夹下的内容：

jre的bin目录文件夹下的内容：

简单来说，如果你是编写代码的Java应用开发人员，你将需要发安装JDK,如果只是想运行使用Java构建的应用程序，你只需要安装JRE即可。

JDK，JRE，JVM相关的面试题

Java中的类加载有几种类型

• 三种，分别是：Bootstrap,extendsion,application

类加载器是如何工作的

• 类加载器扫描它们预定义的jar文件和类的位置。它们扫描路径中的所有类文件并寻找所需的类。如果发现类则加载，链接并初始化类文件。

JRE和JVM的不同

• JVM是运行时环境的规范，它执行Java应用程序。Hotspot JVM就是这种规范的一种实现。它加载类文件，使用interpreter和JIT Compiler将字节码转换成机器码并执行它。

interpreter和JIT compiler的不同

• interpreter逐行解释字节码并按顺序执行。这会导致性能低下。JIT compiler通过在块中分析代码并在这个过程添加优化，然后准备（编译）为更优化的机器码。

码字不易  求个三连