什么是JDK，JRE，JVM ---深入分析

水深无声 2022-01-30 06:04 190阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  What is Java JDK,JRE and JVM ---In-depth Analysis(深入分析)
     *   *  1. Java程序的执行
         *  2. 什么是JVM
         *   *  2.1 JVM结构
             *   *  2.1.1 Class Loader
                 *  2.1.2 JVM Memory Areas
             *  2.2 JVM Execution Engine(执行引擎)
             *  2.2.1 Interpreter(解释器)
             *  2.2.2 JIT Compiler(即时编译器)
         *  3. 什么是JRE
         *  4. 什么是JDK
         *  5. JDK，JRE，JVM之间的差异
         *  6. JDK，JRE，JVM相关的面试题

## What is Java JDK,JRE and JVM —In-depth Analysis(深入分析) ##

学习\`\`JDK，JRE，JVM`的之间的区别。`JVM`内部是如何工作的？什么是`class loaders`(类加载器),`interpreter`(解释器)，`JIT compliers`(`JIT\`即时编译器)

### 1. Java程序的执行 ###

在深入`Java`内部之前，先来理解`Java`源文件是如何执行的。

1.  使用编辑器或IDE(集成开发环境)编写`Java`源文件.即`Simple.java`
2.  程序必须编译为字节码文件，`javac`(`Java`编译器)编译源文件为`Simple.class`文件.
3.  类文件可在任何平台/操作系统上由`JVM`(`Java`虚拟机)执行
4.  `JVM`将字节码文件翻译为机器可以执行的机器码(0,1二进制)

![Java Execution Flow][]

### 2. 什么是JVM ###

`JVM`(`JAVA`虚拟机)是运行`Java`字节码的虚拟机,通过编译`.java`文件为`.class`文件得到字节码文件 . `.class`文件包含`JVM`可以理解的字节码。

在现实世界中，`JVM`是一种规范，它提供可以执行`Java`字节码的运行时环境。不同的供应商提供这种规范的不同实现，可访问[Different JVM implementations][]查看

最受欢迎的`JVM`的实现是`Hotspot`，它是由`Oracle`公司拥有并提供维护。

`JVM`使用许多高级技术为`Java`程序提供最佳性能，包括 先进的**内存模型，`GC`（垃圾回收器）和`adaptive optimizer`(自适应优化器)**

`JVM`有两种不同的风格-`client`和`server`。虽然`Server`和`Client VMs`相似，但是`Server VM`经过了特殊的调优，可以最大限度地提高峰值运行速度。它用于执行长时间运行的服务器应用程序，这些应用程序需要尽可能快的运行速度，而不是快速启动时间或更小的运行时内存占用。开发人员可以通过指定`-client`或`-server`来选择他们想要的系统。

`JVM`之所以称为虚拟机，是因为它提供了一个不依赖于底层操作系统和机器硬件体系结构的机器接口。

这种与硬件和操作系统的独立性使得`Java`程序“写一次，到处运行”（`write-once-run-anywhere)`.

#### 2.1 JVM结构 ####

![JVM Architecture][]

##### 2.1.1 Class Loader #####

类装载器是用于加载类文件的一个子系统，其主要功能有三个：`loading`(加载），`linking`（链接）,`initialization`（初始化）。

1.  **Loading**
    
     *  加载类，`JVM`有三种类加载方式：`Bootstrap`,`extension`,`application`
     *  当加载类文件时，`JVM`会找到某个任意类`XYZ.class`的依赖项。
     *  第一个引导类载入器试图查找类，它会扫描`lib`文件夹下的`rt.jar`文件
     *  如果没有找到类，则`extension`类加载器会在`jre\lib\ext`文件夹下查找该类
     *  同样没有找到类，`application`类加载器会在系统`CLASSPATH`环境变量中查询所有的`Jar`文件和类.
     *  如果类被任何加载器发现，则被类加载器载入，否则抛出异常:`ClassNotFoundException`。
2.  **Linking**
    
     *  类加载完成后，执行`Linking`（链接），一个字节码验证器将验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，得到一个验证错误。此时，还将内存分配给类中的静态变量和静态方法。
3.  **Initialization**
    
     *  这是类加载的 最后一个阶段，所有的静态变量都被赋以原始初值，并执行静态代码块。

##### 2.1.2 JVM Memory Areas #####

`JVM`内存区域被划分为多个部分来存储应用程序数据的特定部分。

*  \*\*`Method Area`(方法区): \*\* 存储像元数据，常量运行池，方法代码的结构。
 *  **`Heap`(堆区)：** 存储程序运行时被创建的所有对象
 *  **`Stack`(栈区)：** 存储本地变量(局部变量）和中间结果。所有的这些变量都是创建他们的线程的本地变量。每个线程有自己的`Java Stack`，在线程创建时该区被创建，所有这些本地变量也被称为：**`线程本地变量`**
 *  **`PC register`(程序计数器)：** 存储当前正在执行的的语句的物理内存地址。在`Java`中，每一个线程又有自己独立的`PC register`。
 *  `Java`支持并可以使用本地代码。许多底层代码都是由`C/C++`编写。本地方法栈保存本地代码的指令。

#### 2.2 JVM Execution Engine(执行引擎) ####

所有分配给`JVM`的代码都由`Execution Engine`（执行引擎）执行，执行引擎读取字节码并逐个执行。它使用两个内置的解释器和`JIT`编译器将字节码转换成机器码并执行它。

![Platform Specific Interpreters][]

使用`JVM`，两个解释器和编译器都会产生本地代码，不同之处在于他们如何生成本地代码，如何优化以及优化的代价。

#### 2.2.1 Interpreter(解释器) ####

通过查找预定义的`JVM-指令`到机器指令映射，`JVM`解释器可以将每个字节码指令转换为相应的本地指令。它直接执行字节码，不执行任何优化。

#### 2.2.2 JIT Compiler(即时编译器) ####

*  为了提高效率，`JIT Compiler`在运行时与`JVM`交互，，并适当将字节码序列编译为本地机器代码。典型地，`JIT Compiler`执行一段代码（不是每次一条语句），优化这块代码，并将其翻译为优化的机器代码。
 *  `JIT Compiler`是默认开启的，你可以禁用，这种情况下，将解释整个`Java`程序，所以不建议禁用`JIT Compiler`，当然除了诊断或者出现`JIT`编译问题.

### 3. 什么是JRE ###

`Java运行时环境(JRE)`是一个软件包，它捆绑了`libraries`(jar)和`JVM`，以及用Java编写的应用程序的其他组件。`JVM`只是`JRE`发行版的一部分。

执行任何`Java`程序，需要在机器上安装`JRE`，这是最低要求。

`JRE`捆绑的组件如下：

*  DDL文件：由`Java`客户端虚拟机使用.
 *  代码库，属性设置，资源文件也都包含，比如`rt.jar`和`charsets.jar`
 *  `Java`扩展文件，如`localedata.jar`
 *  包含用于安全管理的文件，这些文件包括安全策略(security policy)和安全属性(security properties)
 *  包含`applets`支持类的jar文件
 *  包含平台使用的`TrueType`字体文件

`JRE`可以作为`JDK`的一部分下载或者也可以单独下载，`JRE`依赖于平台，这意味着根据机器类型(操作系统和体系结构),必须选择要导入和安装的`JRE`包

例如：你不能安装64位的`JRE`到32位的机器上，同样，针对`windows`的发行版无法在`Linux`平台中工作.

### 4. 什么是JDK ###

`JDK`是`JRE`的超集，`JDK`包含了`JRE`的所有开发，调试和监视应用程序的工具。当要开发`Java`应用程序时，需要安装`JDK`.

下面是`JDK`附带的一些重要组件:

*  apt 注解处理工具
 *  javadoc 文档生成器，可以自动从源代码生成说明文档
 *  jar 归档器，将相关的类库打包到一个JAR文件中。还可以帮助管理JAR文件
 *  jConsole Java监控和管理平台
 *  jhat Java堆分析工具
 *  jstack 打印Java线程的堆栈信息
 *  keytool 策略创建和管理工具
 *  jarsigner Java签名和验证工具

同`JRE`,`JDK`也依赖于平台，所以要下载与机器相对应的`JDK`包

### 5. JDK，JRE，JVM之间的差异 ###

基于上面的简述，我们可以得出这样的差异：

JRE = JVM + libraries to run Java Application
    JDK = JRE + tools to develop Java Application

![JDK vs JRE vs JVM][]

简单来说，如果你是编写代码的`Java`应用开发人员，你将需要发安装`JDK`,如果只是想运行使用`Java`构建的应用程序，你只需要安装`JRE`即可。

### 6. JDK，JRE，JVM相关的面试题 ###

*  `Java`中的类加载有几种类型
    
    三种，分别是：`Bootstrap`,`extendsion`,`application`
 *  类加载器是如何工作的
    
    类加载器扫描它们预定义的`jar`文件和类的位置。它们扫描路径中的所有类文件并寻找所需的类。如果发现类则加载，链接并初始化类文件。
 *  `JRE`和`JVM`的不同
    
    `JVM`是运行时环境的规范，它执行`Java`应用程序。`Hotspot JVM`就是这种规范的一种实现。它加载类文件，使用`interpreter`和`JIT Compiler`将字节码转换成机器码并执行它。
 *  `interpreter`和`JIT compiler`的不同
    
    `interpreter`逐行解释字节码并按顺序执行。这会导致性能低下。`JIT compiler`通过在块中分析代码并在这个过程添加优化，然后准备（编译）为更优化的机器码。

[Java Execution Flow]: https://cdn2.howtodoinjava.com/wp-content/uploads/2018/05/Java-Execution-Flow.png
[Different JVM implementations]: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Java_virtual_machines
[JVM Architecture]: https://cdn1.howtodoinjava.com/wp-content/uploads/2018/05/JVM-Architecture.png
[Platform Specific Interpreters]: https://cdn2.howtodoinjava.com/wp-content/uploads/2018/05/OS-Specific-Interpreters.png
[JDK vs JRE vs JVM]: https://cdn2.howtodoinjava.com/wp-content/uploads/2018/05/JDK-JRE-JVM.png