作者｜楊曉峰出處｜極客時間《Java技術核心 36講》專欄

從你接觸 Java開發到現在，你對 Java最直觀的印象是什麼呢？是它宣傳的 “Compile once, run anywhere”，還是目前看已經有些過於形式主義的語法呢？你對於 Java平臺到底瞭解到什麼程度？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本身是一種面向物件的語言，最顯著的特性有兩個方面，一是所謂的“一次編譯，到處執行”（Compile 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）回收分配記憶體，大部分情況下，程式設計師不需要自己操心記憶體的分配和回收。

我們日常會接觸到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是 Java執行環境，包含了 JVM和 Java類庫，以及一些模組等。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。

對於“Java是解釋執行”這句話，這個說法不太準確。我們開發的 Java的原始碼，首先通過 Javac編譯成為位元組碼（bytecode），然後，在執行時，通過 Java虛擬機器（JVM）內嵌的直譯器將位元組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 Hospot 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能夠在執行時將熱點程式碼編譯成機器碼，這種情況下部分熱點程式碼就屬於編譯執行，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平臺主要模組和執行原理等。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。

對於這類籠統的問題，你需要儘量表現出自己的思維深入並系統化，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效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充套件相關問題。

知識擴充套件

迴歸正題，對於 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、網路、併發、安全等基礎類庫。對於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，有助於臨場發揮。

或者談談 JVM的一些基礎概念和機制，比如 Java的類載入機制，常用版本 JDK（如 JDK 8）內嵌的 Class-Loader，例如 Bootstrap、 Application和 Extension Class-loader；類載入大致過程：載入、驗證、連結、初始化（這裡參考了周志明的《深入理解 Java虛擬機器》，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，對於適用於什麼樣的工作負載最好也心裡有數。這些都是可以擴充套件開的領域，我會在後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、執行時環境、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，對於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。

不再擴充套件了，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”，因為這是進一步瞭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分為編譯期和執行時。這裡說的 Java的編譯和 C/C++是有著不同的意義的，Javac的編譯，編譯 Java原始碼生成“.class”檔案裡面實際是位元組碼，而不是可以直接執行的機器碼。Java通過位元組碼和 Java虛擬機器（JVM）這種跨平臺的抽象，遮蔽了作業系統和硬體的細節，這也是實現“一次編譯，到處執行”的基礎。

在執行時，JVM會通過類載入器（Class-Loader）載入位元組碼，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）。通常執行在 server模式的 JVM，會進行上萬次呼叫以收集足夠的資訊進行高效的編譯，client模式這個門限是 1500次。Oracle Hotspot JVM內建了兩個不同的 JIT compiler，C1對應前面說的 client模式，適用於對於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執行的伺服器端應用設計的。預設是採用所謂的分層編譯（TieredCompilation）。這裡不再展開更多 JIT的細節，沒必要一下子就鑽進去，我會在後面介紹分層編譯的內容。

Java虛擬機器啟動時，可以指定不同的引數對執行模式進行選擇。 比如，指定“-Xint”，就是告訴 JVM只進行解釋執行，不對程式碼進行編譯，這種模式拋棄了 JIT可能帶來的效能優勢。畢竟直譯器（interpreter）是逐條讀入，逐條解釋執行的。與其相對應的，還有一個“-Xcomp”引數，這是告訴 JVM關閉直譯器，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，往往並不能進行有效優化。

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），直接將位元組碼編譯成機器程式碼，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，並且增加了新的 jaotc工具。利用下面的命令把某個類或者某個模組編譯成為 AOT庫。

1. jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class

2. jaotc --output libjava.base.so --module java.base

然後，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支援分層編譯和 AOT協作使用，這兩者並不是二選一的關係。如果你有興趣，可以參考相關文件：http://openjdk.java.net/jeps/295。AOT也不僅僅是隻有這一種方式，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語言可以執行在 JVM上，本質上合規的位元組碼都可以執行，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虛擬機器基本原理和相關工具，希望對你有所幫助。