Java面试经典题解析——谈谈你对Java平台的理解？

Posted 2021-04-30 InfoQ

接收程序员的技术早餐

作者｜杨晓峰

出处｜极客时间《Java技术核心 36讲》专栏

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 “Compile 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“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。

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。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。

---

想看更多 Java经典面试题深度解析？推荐关注《Java核心技术 36讲》。专栏重点围绕“术”与“道”，为你讲解 Java面试的核心知识点。就算你暂时不需要准备面试，照样可以通过这个专栏，提升 Java技能。

现在订阅，享双重福利

福利一：限时优惠价¥45，原价¥68（5月 12日恢复原价）

订阅方法

点击下图，微信支付，立即成功订阅。

点「阅读原文」，试读或订阅专栏。