JDK、JRE、JVM深入分析

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JVM2.1 JVM结构2.1.1 Class Loader2.1.2 JVM Memory Areas2.2 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JRE4. 什么是JDK5. 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)

JDK

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

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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。

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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

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