java教程系列二：Java JDK，JRE和JVM分别是什么？

多情只有春庭月，犹为离人照落花。

概述

本章主要了解JDK，JRE和JVM之间的区别。JVM是如何工作的？什么是类加载器，解释器和JIT编译器。还有一些面试问题。

Java程序执行过程

在深入了解Java内存区域之前，我们先了解Java源文件是如何执行的。

1. 我们使用编辑器在Simple.Java文件中编写源代码。
2. 程序必须编译成字节码。编译器（javac）将源代码编译为Simple.class文件。
3. 此后缀为.class的类文件可以在任何平台/操作系统的的JVM（Java虚拟机）中执行。
4. JVM负责将字节码转换为机器可执行的本机机器代码。

什么是JVM？

Java虚拟机（JVM）是​​运行Java字节码的虚拟机。可以通过javax将.java文件编译成.class文件。.class文件包含JVM可解析的字节码。

事实上，JVM只是为Java字节码提供了运行时环境和规范。不同的厂商提供此规范的不同实现。例如，此Wiki页面列出了其它JVM实现。

最受欢迎的JVM虚拟机是Oracle公司提供的Hostspot虚拟机，（前身是Sun Microsystems，Inc.）。

JVM虚拟机使用许多先进技术，结合了最新的内存模型，垃圾收集器和自适应优化器，为Java应用程序提供了最佳性能。

JVM虚拟机有两种不同的模式,client模式和server模式。尽管server和client相似，但server进行了特殊调整，以最大程度地提高峰值运行速度。它用于长时间运行的服务器应用程序，它们需要尽可能快的运行速度，而不是快速启动或较小的运行时内存占用量。开发人员可以通过指定-client或-server来选择所需的模式。

JVM之所以称为虚拟机，是因为它提供的API不依赖于底层操作系统和机器硬件体系结构。这种与硬件和操作系统的独立性是Java程序一次写入，随处运行必要基础。

JVM架构

类加载器

类加载器是用于加载类文件到JVM中。主要分为以下三步 加载，链接和初始化。

1. 加载
   • 为了加载类，JVM有3种类加载器。Bootstrap, extension和应用程序类加载器。
   • 加载类文件时，JVM会找到这个类的所有依赖项。
   • 首先类加载会判断当前类加载器是否存在父类，如果存在则交给父加载器加载。
   • Bootstrap为根类加载器，Bootstrap加载器尝试查找该类。它扫描JRE lib文件夹中的rt.jar。
   • 如果找不到类，那么extension加载器将在jre \ lib \ ext包中搜索类文件。
   • 如果还找不到类，则应用程序类加载器将在系统的 CLASSPATH环境变量中搜索所有Jar文件和类
   • 任何类加载程序找到了类，则由该类加载器加载类；否则抛出ClassNotFoundException。
2. 链接 : 类加载器加载类后，将执行链接。字节码验证程序将验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，我们将收到验证错误。它还会对类中的静态变量和方法执行内存分配。
3. 初始化 : 这是类加载的最后阶段，此处将为所有静态变量分配原始值，并执行静态块。

JVM内存区域

JVM中的内存区域分为多个部分，以存储应用程序数据的特定部分。

• 方法区：存储类结构，例如类的基本信息，常量运行时池和方法代码。
• 堆：存储在应用程序执行期间创建的所有对象。
• 栈：存储局部变量和中间结果。所有这些变量对于创建它们的线程都是私有的。每个线程都有自己的JVM栈，并在创建线程时同时创建。因此，所有此类局部变量都称为线程局部变量。
• PC寄存器：存储当前正在执行的语句的物理内存地址。在Java中，每个线程都有其单独的PC寄存器。
• 本地方法区：许多底层代码都是用C和C ++等语言编写的。本地方法栈保存本机代码的指令。

JVM执行引擎

分配给JVM的所有代码均由执行引擎执行。执行引擎读取字节码并一一执行。它使用两个内置的解释器和JIT编译器将字节码转换为机器码并执行。

使用JVM，解释器和编译器均会生成本机代码。不同之处在于它们如何生成本机代码，其优化程度以及优化成本。

解释器

JVM解释器通过查找预定义的JVM指令到机器指令的映射，几乎将每个字节码指令转换为相应的本机指令。它直接执行字节码，不执行任何优化。

JIT编译器

为了提高性能，JIT编译器在运行时与JVM交互，并将适当的字节码序列编译为本地机器代码。通常，JIT编译器采用一段代码（和解释器一次一条语句不一样），优化代码，然后将其转换为优化的机器代码。

默认情况下，JIT编译器处于启用状态。您可以禁用JIT编译器，在这种情况下，解释器将要解释整个Java程序。除了诊断或解决JIT编译问题外，不建议禁用JIT编译器。

什么是JRE

Java运行时环境（JRE）是一个软件包，它将库（jar）和Java虚拟机以及其他组件捆绑在一起，以运行用Java编写的应用程序。JRE只是JVM的一部分。

要执行Java应用程序，只需要在计算机中安装JRE。 这是在计算机上执行Java应用程序都是最低要求。

JRE包含了以下组件–

1. Java HotSpot客户端虚拟机使用的DLL文件。
2. Java HotSpot服务器虚拟机使用的DLL文件。
3. Java运行时环境使用的代码库，属性设置和资源文件。例如rt.jar和charsets.jar。
4. Java扩展文件，例如localedata.jar。
5. 包含用于安全管理的文件。这些文件包括安全策略（java.policy）和安全属性（java.security）文件。
6. 包含applet支持类的Jar文件。
7. 包含供平台使用的TrueType字体文件。

JRE可以作为JDK的一部分下载，也可以单独下载。JRE与平台有关。您可以根据您的计算机的类型（操作系统和体系结构）选择要导入和安装的JRE软件包。

比如，你不能在32位计算机上安装64位JRE。同样，用于Windows的JRE发行版在Linux上将无法运行。反之亦然。

什么是JDK

JDK比JRE更加全面。JDK包含JRE拥有的所有部门以及用于开发，调试和监视Java应用程序的开发工具。当需要开发Java应用程序时，需要JDK。

JDK附带的几个重要组件如下：

• appletviewer –此工具可用于在没有Web浏览器的情况下运行和调试Java applet
• apt –注释处理工具
• extcheck –一种检测JAR文件冲突的实用程序
• javadoc –文档生成器，可从源代码注释自动生成文档
• jar –存档程序，它将相关的类库打包到一个JAR文件中。该工具还有助于管理JAR文件
• jarsigner – jar签名和验证工具javap –类文件反汇编程序
• javaws – JNLP应用程序的Java Web Start启动器
• JConsole – Java监视和管理控制台
• jhat – Java堆分析工具
• jrunscript – Java命令行脚本外壳
• jstack –打印Java线程的Java堆栈跟踪的实用程序
• keytool –用于操作密钥库的工具
• policytool –策略创建和管理工具
• xjc – XML绑定Java API（JAXB）API的一部分。它接受XML模式并生成Java类

与JRE一样，JDK也依赖于平台。因此，在为您的计算机下载JDK软件包时请多加注意。

JDK，JRE和JVM之间的区别

基于以上讨论，我们可以得出以下这三者之间的关系

JRE = JVM + libraries to run Java application.

JDK = JRE + tools to develop Java Application.

简而言之，如果你是编写代码的Java应用程序开发人员，则需要在计算机中安装JDK。但是，如果只想运行用Java内置的应用程序，则只需要在计算机上安装JRE。

JDK，JRE和JVM相关的面试问题

如果你理解我们在这篇文章中讨论的内容，那么面对任何面试问题都不难。不过，还是要准备好回答如下问题：

什么是JVM架构

上面已经详细解释过了。

Java有几种类型的类加载器

Bootstrap, extension、应用程序类加载器和自定义类加载器。

类加载器是如何在Java中工作的？

类加载器会在其预定义位置扫描jar文件和类。他们扫描路径中的所有那些类文件，并查找所需的类。如果找到它们，则加载，链接并初始化类文件。

jre和jvm的区别？

JVM是用于运行Java应用程序的运行时环境的规范。Hotspot JVM是规范的这样一种实现。它加载类文件，并使用解释器和JIT编译器将字节码转换为机器代码并执行。

解释器和jit编译器的区别？

解释器逐行解释字节码并顺序执行。这会导致性能下降。JIT编译器通过分析块中的代码来为该过程添加优化，然后准备更多优化的机器代码。