第一讲 谈谈你对Java平台的理解

Posted 2021-06-13 爱饮凉水

一.问题

谈谈你对Java平台的理解？“Java是解释执行”，这句话正确吗？

二.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。

三.知识拓展

• 解释执行和编译执行

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。

四.总结与思考

• 面向对象：封装 继承 多态
• 垃圾回收
• 编译执行