從你接觸 Java 開發到現在，你對 Java 最直觀的印象是什么呢？是它宣傳的 “Write once, run anywhere”，還是目前看已經有些過于形式主義的語法呢？你對于 Java 平臺到底了解到什么程度？請你先停下來總結思考一下。 今天我要問你的問題是，談談你對 Java 平臺的理解？“Java 是解釋執行”，這句話正確嗎？ ## 典型回答 Java 本身是一種面向對象的語言，最顯著的特性有兩個方面，一是所謂的“**書寫一次，到處運行**”（Write once, run anywhere），能夠非常容易地獲得跨平臺能力；另外就是**垃圾收集**（GC, Garbage Collection），Java 通過垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配內存，大部分情況下，程序員不需要自己操心內存的分配和回收。 我們日常會接觸到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是 Java 運行環境，包含了 JVM 和 Java 類庫，以及一些模塊等。而 JDK 可以看作是 JRE 的一個超集，提供了更多工具，比如編譯器、各種診斷工具等。 對于“Java 是解釋執行”這句話，這個說法不太準確。我們開發的 Java 的源代碼，首先通過 Javac 編譯成為字節碼（bytecode），然后，在運行時，通過 Java 虛擬機（JVM）內嵌的解釋器將字節碼轉換成為最終的機器碼。但是常見的 JVM，比如我們大多數情況使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM，都提供了 JIT（Just-In-Time）編譯器，也就是通常所說的動態編譯器，JIT 能夠在運行時將熱點代碼編譯成機器碼，這種情況下部分熱點代碼就屬于**編譯執行**，而不是解釋執行了。 ## 考點分析 其實這個問題，問得有點籠統。題目本身是非常開放的，往往考察的是多個方面，比如，基礎知識理解是否很清楚；是否掌握 Java 平臺主要模塊和運行原理等。很多面試者會在這種問題上吃虧，稍微緊張了一下，不知道從何說起，就給出個很簡略的回答。 對于這類籠統的問題，你需要盡量**表現出自己的思維深入并系統化，Java 知識理解得也比較全面**，一定要避免讓面試官覺得你是個“知其然不知其所以然”的人。畢竟明白基本組成和機制，是日常工作中進行問題診斷或者性能調優等很多事情的基礎，相信沒有招聘方會不喜歡“熱愛學習和思考”的面試者。 即使感覺自己的回答不是非常完善，也不用擔心。我個人覺得這種籠統的問題，有時候回答得稍微片面也很正常，大多數有經驗的面試官，不會因為一道題就對面試者輕易地下結論。通常會盡量引導面試者，把他的真實水平展現出來，這種問題就是做個開場熱身，面試官經常會根據你的回答擴展相關問題。 ## 知識擴展 回歸正題，對于 Java 平臺的理解，可以從很多方面簡明扼要地談一下，例如：Java 語言特性，包括泛型、Lambda 等語言特性；基礎類庫，包括集合、IO/NIO、網絡、并發、安全等基礎類庫。對于我們日常工作應用較多的類庫，面試前可以系統化總結一下，有助于臨場發揮。 或者談談 JVM 的一些基礎概念和機制，比如 Java 的類加載機制，常用版本 JDK（如 JDK 8）內嵌的 Class-Loader，例如 Bootstrap、 Application 和 Extension Class-loader；類加載大致過程：加載、驗證、鏈接、初始化（這里參考了周志明的《深入理解 Java 虛擬機》，非常棒的 JVM 上手書籍）；自定義 Class-Loader 等。還有垃圾收集的基本原理，最常見的垃圾收集器，如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1 等，對于適用于什么樣的工作負載最好也心里有數。這些都是可以擴展開的領域，我會在后面的專欄對此進行更系統的介紹。 當然還有 JDK 包含哪些工具或者 Java 領域內其他工具等，如編譯器、運行時環境、安全工具、診斷和監控工具等。這些基本工具是日常工作效率的保證，對于我們工作在其他語言平臺上，同樣有所幫助，很多都是觸類旁通的。 下圖是我總結的一個相對寬泛的藍圖供你參考。  不再擴展了，回到前面問到的解釋執行和編譯執行的問題。有些面試官喜歡在特定問題上“刨根問底兒”，因為這是進一步了解面試者對知識掌握程度的有效方法，我稍微深入探討一下。 眾所周知，我們通常把 Java 分為編譯期和運行時。這里說的 Java 的編譯和 C/C++ 是有著不同的意義的，Javac 的編譯，編譯 Java 源碼生成“.class”文件里面實際是字節碼，而不是可以直接執行的機器碼。Java 通過字節碼和 Java 虛擬機（JVM）這種跨平臺的抽象，屏蔽了操作系統和硬件的細節，這也是實現“一次編譯，到處執行”的基礎。 在運行時，JVM 會通過類加載器（Class-Loader）加載字節碼，解釋或者編譯執行。就像我前面提到的，主流 Java 版本中，如 JDK 8 實際是解釋和編譯混合的一種模式，即所謂的混合模式（-Xmixed）。通常運行在 server 模式的 JVM，會進行上萬次調用以收集足夠的信息進行高效的編譯，client 模式這個門限是 1500 次。Oracle Hotspot JVM 內置了兩個不同的 JIT compiler，C1 對應前面說的 client 模式，適用于對于啟動速度敏感的應用，比如普通 Java 桌面應用；C2 對應 server 模式，它的優化是為長時間運行的服務器端應用設計的。默認是采用所謂的分層編譯（TieredCompilation）。這里不再展開更多 JIT 的細節，沒必要一下子就鉆進去，我會在后面介紹分層編譯的內容。 Java 虛擬機啟動時，可以指定不同的參數對運行模式進行選擇。 比如，指定“-Xint”，就是告訴 JVM 只進行解釋執行，不對代碼進行編譯，這種模式拋棄了 JIT 可能帶來的性能優勢。畢竟解釋器（interpreter）是逐條讀入，逐條解釋運行的。與其相對應的，還有一個“-Xcomp”參數，這是告訴 JVM 關閉解釋器，不要進行解釋執行，或者叫作最大優化級別。那你可能會問這種模式是不是最高效啊？簡單說，還真未必。“-Xcomp”會導致 JVM 啟動變慢非常多，同時有些 JIT 編譯器優化方式，比如分支預測，如果不進行 profiling，往往并不能進行有效優化。 除了我們日常最常見的 Java 使用模式，其實還有一種新的編譯方式，即所謂的 AOT（Ahead-of-Time Compilation），直接將字節碼編譯成機器代碼，這樣就避免了 JIT 預熱等各方面的開銷，比如 Oracle JDK 9 就引入了實驗性的 AOT 特性，并且增加了新的 jaotc 工具。利用下面的命令把某個類或者某個模塊編譯成為 AOT 庫。 ~~~ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class jaotc --output libjava.base.so --module java.base ~~~ 然后，在啟動時直接指定就可以了。 ~~~ java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so,./libjava.base.so HelloWorld ~~~ 而且，Oracle JDK 支持分層編譯和 AOT 協作使用，這兩者并不是二選一的關系。如果你有興趣，可以參考相關文檔：[http://openjdk.java.net/jeps/295](http://openjdk.java.net/jeps/295)。AOT 也不僅僅是只有這一種方式，業界早就有第三方工具（如 GCJ、Excelsior JET）提供相關功能。 另外，JVM 作為一個強大的平臺，不僅僅只有 Java 語言可以運行在 JVM 上，本質上合規的字節碼都可以運行，Java 語言自身也為此提供了便利，我們可以看到類似 Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython 等大量 JVM 語言，活躍在不同的場景。 今天，我簡單介紹了一下 Java 平臺相關的一些內容，目的是提綱挈領地構建一個整體的印象，包括 Java 語言特性、 核心類庫與常用第三方類庫、Java 虛擬機基本原理和相關工具，希望對你有所幫助。 ## 一課一練 關于今天我們討論的題目你做到心中有數了嗎？知道不如做到，請你也在留言區寫寫自己對 Java 平臺的理解。我會選出經過認真思考的留言，送給你一份學習鼓勵金，歡迎你與我一起討論。