为甚么说Java 是解释与编译并存的?

编译型语言与解释型语言

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编译型语言:编译型语言会通过编译器将源代码一次性翻译成机器码,直接在目标平台上运行。编译后的程序无需再次翻译,执行效率高,但编译过程耗时且调试不便。C、C++、Go、Rust等语言都是典型的编译型语言。

解释型语言:解释型语言则通过解释器将代码逐行解释为机器码并执行。解释型语言的优点是开发效率高,代码可以在多平台上运行,但由于逐行解释的过程,执行速度相对较慢。常见的解释型语言包括Python、JavaScript、PHP等。

Java的编译与解释

Java语言采用了一种混合模式,既有编译的步骤,又有解释的环节。具体来说,Java程序经过两个主要步骤:

  1. 编译步骤:Java程序首先通过Java编译器(javac)编译成字节码(.class文件)。这个字节码是一种中间表示形式,与平台无关,可以在任何支持Java虚拟机(JVM)的系统上运行。
  2. 解释步骤:当Java程序运行时,JVM中的解释器会将字节码逐条解释为机器码并执行。这个过程类似于解释型语言的执行方式。

这种混合模式使得Java具有较好的跨平台能力和执行效率。字节码的存在使得Java程序在不同平台之间具有良好的移植性,而JVM中的即时编译器(JIT,Just-In-Time Compiler)进一步优化了程序的运行性能。

即时编译(JIT)与提前编译(AOT)

在JVM中,除了传统的解释执行方式外,还引入了即时编译(JIT)技术。JIT编译器会在运行时将频繁执行的字节码编译为机器码,保存在内存中,当下次调用的时候就不需要重新编译了,通过这种方式提高程序的执行效率。JIT的优点在于它可以动态优化代码,根据程序运行时的实际情况进行优化,如内联函数调用、消除冗余代码等。

AOT(Ahead of Time Compilation) 是另一种编译模式,Java在JDK 9中引入了AOT编译。与JIT不同,AOT在程序运行之前就将字节码编译为机器码,这减少了程序的启动时间,并且可以降低内存消耗和提高安全性。AOT特别适用于云原生应用,因为它能够减少容器启动时的延迟,并且编译后的代码不容易被反编译和修改。了解更多AOT的特性访问GraalVM官方文档

JIT与AOT的对比

JIT和AOT各有优缺点:

  • JIT的优点:由于JIT是在运行时进行编译,能够动态适应运行时的实际情况,对程序进行更高效的优化。这使得JIT在长时间运行的服务中能够提供更高的性能。
  • AOT的优点:AOT避免了JIT的预热开销,启动速度更快,并且减少了内存使用。此外,AOT生成的二进制代码更难以被反编译,提高了程序的安全性。

然而,AOT也有其局限性。它无法支持Java的一些动态特性,例如反射、动态代理、动态类加载、JNI等。这些特性在许多Java框架和库中广泛使用,如Spring、Hibernate等。如果全部采用AOT编译,这些框架和库的功能将受到限制。

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