第1讲 谈谈你对Java平台的理解?
从你接触Java开发到现在,你对Java最直观的印象是什么呢?是它宣传的 “Write once, run anywhere”,还是目前看已经有些过于形式主义的语法呢?你对于Java平台到底了解到什么程度?请你先停下来总结思考一下。
今天我要问你的问题是,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“书写一次,到处运行”(Write 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Hotspot 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最好也心里有数。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,或者叫作最大优化级别。那你可能会问这种模式是不是最高效啊?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。
然后,在启动时直接指定就可以了。
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。如果你有兴趣,可以参考相关文档:http://openjdk.java.net/jeps/295。AOT也不仅仅是只有这一种方式,业界早就有第三方工具(如GCJ、Excelsior JET)提供相关功能。
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。
今天,我简单介绍了一下Java平台相关的一些内容,目的是提纲挈领地构建一个整体的印象,包括Java语言特性、 核心类库与常用第三方类库、Java虚拟机基本原理和相关工具,希望对你有所帮助。
一课一练
关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗?知道不如做到,请你也在留言区写写自己对Java平台的理解。我会选出经过认真思考的留言,送给你一份学习鼓励金,欢迎你与我一起讨论。
你的朋友是不是也在准备面试呢?你可以“请朋友读”,把今天的题目分享给好友,或许你能帮到他。
- Woj 👍(1065) 💬(19)
“一次编译、到处运行”说的是Java语言跨平台的特性,Java的跨平台特性与Java虚拟机的存在密不可分,可在不同的环境中运行。比如说Windows平台和Linux平台都有相应的JDK,安装好JDK后也就有了Java语言的运行环境。其实Java语言本身与其他的编程语言没有特别大的差异,并不是说Java语言可以跨平台,而是在不同的平台都有可以让Java语言运行的环境而已,所以才有了Java一次编译,到处运行这样的效果。 严格的讲,跨平台的语言不止Java一种,但Java是较为成熟的一种。“一次编译,到处运行”这种效果跟编译器有关。编程语言的处理需要编译器和解释器。Java虚拟机和DOS类似,相当于一个供程序运行的平台。 程序从源代码到运行的三个阶段:编码——编译——运行——调试。Java在编译阶段则体现了跨平台的特点。编译过程大概是这样的:首先是将Java源代码转化成.CLASS文件字节码,这是第一次编译。.class文件就是可以到处运行的文件。然后Java字节码会被转化为目标机器代码,这是是由JVM来执行的,即Java的第二次编译。 “到处运行”的关键和前提就是JVM。因为在第二次编译中JVM起着关键作用。在可以运行Java虚拟机的地方都内含着一个JVM操作系统。从而使JAVA提供了各种不同平台上的虚拟机制,因此实现了“到处运行”的效果。需要强调的一点是,java并不是编译机制,而是解释机制。Java字节码的设计充分考虑了JIT这一即时编译方式,可以将字节码直接转化成高性能的本地机器码,这同样是虚拟机的一个构成部分。
2018-05-05 - magict4 👍(611) 💬(14)
我对『Compile once, run anywhere』这个宣传语提出的历史背景非常感兴趣。这个宣传语似乎在暗示 C 语言有一个缺点:对于每一个不同的平台,源代码都要被编译一次。我不解的地方是,为什么这会是一个问题?不同的平台,可执行的机器码必然是不一样的。源代码自然需要依据不同的平台分别被编译。 我觉得真正问题不在编译这一块,而是在 C 语言源文件这一块。我没有 C 语言的编程经验,但是似乎 C 语言程序经常需要调用操作系统层面的 API。不同的操作系统,API 一般不同。为了支持多平台,C 语言程序的源文件需要根据不同平台修改多次。这应该是一个非常大的痛点。我回头查了一下当时的宣传语,原文是『Write once, run anywhere』,焦点似乎并不在编译上,而是在对源文件的修改上。 以上是自己一点不成熟的想法,还请大家指正!
2018-05-05 - 三军 👍(467) 💬(5)
Java特性: 面向对象(封装,继承,多态) 平台无关性(JVM运行.class文件) 语言(泛型,Lambda) 类库(集合,并发,网络,IO/NIO) JRE(Java运行环境,JVM,类库) JDK(Java开发工具,包括JRE,javac,诊断工具) Java是解析运行吗? 不正确! 1,Java源代码经过Javac编译成.class文件 2,.class文件经JVM解析或编译运行。 (1)解析:.class文件经过JVM内嵌的解析器解析执行。 (2)编译:存在JIT编译器(Just In Time Compile 即时编译器)把经常运行的代码作为"热点代码"编译与本地平台相关的机器码,并进行各种层次的优化。 (3)AOT编译器: Java 9提供的直接将所有代码编译成机器码执行。
2018-05-05 - Jerry银银 👍(262) 💬(11)
关注了好久,终于期盼到了第一讲。 在看到这个题目时,我并没有立马点进来看原文,而是给了自己一些时间进行思考。 首先,个人觉得这个题目非常的抽象和笼统,这个问题没有标准答案,但是有『好』答案,而答案的好坏,完全取决于面试者自身的技术素养和对Java系统性的了解。我的理解如下: 宏观角度: 跟c/c++最大的不同点在于,c/c++编程是面向操作系统的,需要开发者极大地关心不同操作系统之间的差异性;而Java平台通过虚拟机屏蔽了操作系统的底层细节,使得开发者无需过多地关心不同操作系统之间的差异性。 通过增加一个间接的中间层来进行”解耦“是计算机领域非常常用的一种”艺术手法“,虚拟机是这样,操作系统是这样,HTTP也是这样。 Java平台已经形成了一个生态系统,在这个生态系统中,有着诸多的研究领域和应用领域: 1. 虚拟机、编译技术的研究(例如:GC优化、JIT、AOT等):对效率的追求是人类的另一个天性之一 2. Java语言本身的优化 3. 大数据处理 4. Java并发编程 5. 客户端开发(例如:Android平台) 6. ...... 微观角度: Java平台中有两大核心: 1. Java语言本身、JDK中所提供的核心类库和相关工具 2. Java虚拟机以及其他包含的GC 1. Java语言本身、JDK中所提供的核心类库和相关工具 从事Java平台的开发,掌握Java语言、核心类库以及相关工具是必须的,我觉得这是基础中的基础。 >> 对语言本身的了解,需要开发者非常熟悉语言的语法结构;而Java又是一种面对对象的语言,这又需要开发者深入了解面对对象的设计理念; >> Java核心类库包含集合类、线程相关类、IO、NIO、J.U.C并发包等; >> JDK提供的工具包含:基本的编译工具、虚拟机性能检测相关工具等。 2. Java虚拟机 Java语言具有跨平台的特性,也正是因为虚拟机的存在。Java源文件被编译成字节码,被虚拟机加载后执行。这里隐含的意思有两层: 1)大部分情况下,编程者只需要关心Java语言本身,而无需特意关心底层细节。包括对内存的分配和回收,也全权交给了GC。 2)对于虚拟机而言,只要是符合规范的字节码,它们都能被加载执行,当然,能正常运行的程序光满足这点是不行的,程序本身需要保证在运行时不出现异常。所以,Scala、Kotlin、Jython等语言也可以跑在虚拟机上。 围绕虚拟机的效率问题展开,将涉及到一些优化技术,例如:JIT、AOT。因为如果虚拟机加载字节码后,完全进行解释执行,这势必会影响执行效率。所以,对于这个运行环节,虚拟机会进行一些优化处理,例如JIT技术,会将某些运行特别频繁的代码编译成机器码。而AOT技术,是在运行前,通过工具直接将字节码转换为机器码。
2018-05-06 - 姜亮 👍(186) 💬(5)
写个程序直接执行字节码就是解释执行。写个程序运行时把字节码动态翻译成机器码就是jit。写个程序把java源代码直接翻译为机器码就是aot。造个CPU直接执行字节码,字节码就是机器码。
2018-05-07 - 欧阳田 👍(158) 💬(6)
1,JVM的内存模型,堆、栈、方法区;字节码的跨平台性;对象在JVM中的强引用,弱引用,软引用,虚引用,是否可用finalise方法救救它?;双亲委派进行类加载,什么是双亲呢?双亲就是多亲,一份文档由我加载,然后你也加载,这份文档在JVM中是一样的吗?;多态思想是Java需要最核心的概念,也是面向对象的行为的一个最好诠释;理解方法重载与重写在内存中的执行流程,怎么定位到这个具体方法的。2,发展流程,JDK5(重写bug),JDK6(商用最稳定版),JDK7(switch的字符串支持),JDK8(函数式编程),一直在发展进化。3,理解祖先类Object,它的行为是怎样与现实生活连接起来的。4,理解23种设计模式,因为它是道与术的结合体。
2018-05-05 - zaiweiwoaini 👍(130) 💬(1)
看评论也能学习知识。
2018-05-05 - 刻苦滴涛涛 👍(101) 💬(5)
我理解的java程序执行步骤: 首先javac编译器将源代码编译成字节码。 然后jvm类加载器加载字节码文件,然后通过解释器逐行解释执行,这种方式的执行速度相对会比较慢。有些方法和代码块是高频率调用的,也就是所谓的热点代码,所以引进jit技术,提前将这类字节码直接编译成本地机器码。这样类似于缓存技术,运行时再遇到这类代码直接可以执行,而不是先解释后执行。
2018-05-05 - thinkers 👍(99) 💬(4)
jre为java提供了必要的运行时环境,jdk为java提供了必要的开发环境!
2018-05-05 - scott 👍(86) 💬(3)
解释执行和编译执行有何区别
2018-05-07 - Geek_zbvt62 👍(56) 💬(3)
这种基于运行分析,进行热点代码编译的设计,是因为绝大多数的程序都表现为“小部分的热点耗费了大多数的资源”吧。只有这样才能做到,在某些场景下,一个需要跑在运行时上的语言,可以比直接编译成机器码的语言更“快”
2018-05-05 - 一叶追寻 👍(41) 💬(1)
对Java平台的理解,首先想到的是Java的一些特性,比如平台无关性、面向对象、GC机制等,然后会在这几个方面去回答。平台无关性依赖于JVM,将.class文件解释为适用于操作系统的机器码。面向对象则会从封装、继承、多态这些特性去解释,具体内容就不在评论里赘述了。另外Java的内存回收机制,则涉及到Java的内存结构,堆、栈、方法区等,然后围绕什么样的对象可以回收以及回收的执行。以上是我对本道题的理解,不足之处还请杨老师指出,希望通过这次学习能把Java系统的总结一下~
2018-05-05 - 石头狮子 👍(36) 💬(2)
1. 一次编译,到处运行。jvm 层面封装了系统API,提供不同系统一致的调用行为。减少了为适配不同操作系统,不同架构的带来的工作量。 2. 垃圾回收,降低了开发过程中需要注意内存回收的难度。降低内存泄露出现的概率。虽然也带来了一些额外开销,但是足以弥补带来的好处。合理的分代策略,提高了内存使用率。 3. jit 与其他编译语言相比,降低了编译时间,因为大部分代码是运行时编译,避免了冷代码在编译时也参与编译的问题。 提高了代码的执行效率,之前项目中使用过 lua 进行相关开发。由于 lua 是解释性语言,并配合使用了 lua-jit。开发过程中遇到,如果编写的 lua 代码是 jit 所不支持的会导致代码性能与可编译的相比十分低下。
2018-05-05 - 櫻の空 👍(32) 💬(3)
以下是我在本节课所得到的收获,结合TIJ的内容整理了一下我个人的理解,若有错误,还望老师指出。 Java采用的是解释和编译混合的模式。它首先通过javac将源码编译成字节码文件class.然后在运行的时候通过解释器或者JIT将字节码转换成最终的机器码。 只是用解释器的缺点:抛弃了JIT可能带来的性能优势。如果代码没有被JIT编译的话,再次运行时需要重复解析。 只用JIT的缺点: 需要将全部的代码编译成本地机器码。要花更多的时间,JVM启动会变慢非常多; 增加可执行代码的长度(字节码比JIT编译后的机器码小很多),这将导致页面调度,从而降低程序的速度。 有些JIT编译器的优化方式,比如分支预测,如果不进行profiling,往往并不能进行有效优化。 因此,HotSpot采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法,根据二八定律,消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码(热点代码),而这也就是JIT所需要编译的部分。JVM会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化,因此执行的次数越多,它的速度就越快。 JDK 9引入了一种新的编译模式AOT(Ahead of Time Compilation),它是直接将字节码编译成机器码,这样就避免了JIT预热等各方面的开销。JDK支持分层编译和AOT协作使用。 注:JIT为方法级,它会缓存编译过的字节码在CodeCache中,而不需要被重复解释
2018-05-14 - Dee1024 👍(24) 💬(1)
传统Java是解释型的语言,现在的JIT、AOT,让Java也支持了编译型语言的特性; 传统Java是面向对象的语言,JDK8引入Lambda,让Java也有了函数式编程的能力; 传统的Java是命令式编程范式,JDK9引入Flow,让Java更好的支持响应式编程范式; ... ... Java是一个成熟稳定的语言和平台,更是历久弥新语言。
2018-09-13