【Java核心技术卷】Java的解释执行与编译执行

 

简化版的过程图示：

 

一、编译执行和解释执行的一些基本概念：

JVM：一种能够运行Java字节码（Java bytecode）的虚拟机。（下面有更具体的JVM的内容）

 

字节码：字节码是已经经过编译（.class文件），但与特定机器码无关，需要解释器转译后才能成为机器码的中间代码。

 

Java字节码：是Java虚拟机执行的一种指令格式。

 

解释器：是一种电脑程序，能够把高级编程语言一行一行直接翻译运行。解释器不会一次把整个程序翻译出来，只像一位“中间人”，每次运行程序时都要先转成另一种语言再作运行，因此解释器的程序运行速度比较缓慢。它每翻译一行程序叙述就立刻运行，然后再翻译下一行，再运行，如此不停地进行下去。它会先将源码翻译成另一种语言，以供多次运行而无需再经编译。其制成品无需依赖编译器而运行，程序运行速度比较快。

 

二进制文件：广义的二进制文件即为文件，由文件在外部存储设备的存放方式为二进制而得名。狭义的二进制文件即指除文本文件以外的文件。文本文件的格式包括：ASCII、MIME、txt。

 

Java编译器：将Java源文件（.java文件）编译成字节码文件（.class文件，是特殊的二进制文件，二进制字节码文件），这种字节码就是JVM的“机器语言”。javac.exe可以简单看成是Java编译器。

 

JIT编译器（注意与Java解释器区分）：JIT编译器是JRE的一部分。原本的Java程序都是要经过解释执行的，其执行速度肯定比可执行的二进制字节码程序慢。为了提高执行速度，引入了JIT。在运行时，JIT会把翻译过来的机器码保存起来，以备下次使用。而如果JIT对每条字节码都进行编译，则会负担过重，所以，JIT只会对经常执行的字节码进行编译，如循环，高频度使用的方法等。它会以整个方法为单位，一次性将整个方法的字节码编译为本地机器码，然后直接运行编译后的机器码。

 

即时编译(Just-in-time compilation: JIT)：又叫实时编译、及时编译。是指一种在运行时期把字节码编译成原生机器码的技术，一句一句翻译源代码，但是会将翻译过的代码缓存起来以降低性能耗损。这项技术是被用来改善虚拟机的性能的。

 

JVM:JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈（Stack）、寄存器等，还具有相应的指令系统（字节码就是一种指令格式）。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM是Java平台无关的基础。JVM负责运行字节码：JVM把每一条要执行的字节码交给解释器，翻译成对应的机器码，然后由解释器执行。JVM解释执行字节码文件就是JVM操作Java解释器进行解释执行字节码文件的过程。（还有JIT的作用）

注意：通常情况下，一个平台上的二进制可执行文件不能在其他平台上工作，因为此可执行文件包含了对目标处理器的机器语言。而Class文件这种特殊的二进制文件，是可以运行在任何支持Java虚拟机的硬件平台和操作系统上的！

 

二、Java编译执行和解释执行的意义

HotSpot VM是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。
但是如今的HotSpot VM中不仅内置有解释器，还内置有先进的JIT（Just In Time Compiler）编译器，在Java虚拟机运行时，解释器和即时编译器能够相互协作，各自取长补短。有一点需要注意，无论是采用解释器进行解释执行，还是采用即时编译器进行编译执行，最终字节码都需要被转换为对应平台的本地机器指令。

 

问：既然HotSpot VM中已经内置JIT编译器了，那么为什么还需要再使用解释器来“拖累”程序的执行性能呢？
对于服务端应用来说，启动时间并非是关注重点，但对于那些看中启动时间的应用场景而言，或许就需要采用解释器与即时编译器并存的架构来换取一个平衡点。

 

由于即时编译器将本地机器指令的编译推迟到了运行时，自此Java程序的运行性能已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。这主要是因为JIT编译器可以针对那些频繁被调用的“热点代码”做出深度优化，而静态编译器的代码优化则无法完全推断出运行时热点，因此通过JIT编译器编译的本地机器指令比直接生成的本地机器指令拥有更高的执行效率也就理所当然了。

 

三、具体流程图:

 

如果看不清的话，这里有PDF版本的https://pan.baidu.com/s/1DyU7edvAOJq_7VGVfEzPfA

以上为个人学习笔记，如存在错误，还请大家多多指教！