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java教程系列二Java-JDKJRE和JVM分别是什么

jiezi

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Ja r 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。

JDK 和 JRE 下载

  • JDK:https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html
  • JRE https://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/server-jre8-downloads-2133154.html

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原文链接：What is Java JDK, JRE and JVM – In-depth Analysis

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