【Java核心技术】Java平台的理解

忘是亡心i 2022-05-13 15:34 260阅读 0赞

宏观角度：  
跟c/c++最大的不同点在于，c/c++编程是面向操作系统的，需要开发者极大地关心不同操作系统之间的差异性；而Java平台通过虚拟机屏蔽了操作系统的底层细节，使得开发者无需过多地关心不同操作系统之间的差异性。  
通过增加一个间接的中间层来进行”解耦“是计算机领域非常常用的一种”艺术手法“，虚拟机是这样，操作系统是这样，HTTP也是这样。  
  
Java平台已经形成了一个生态系统，在这个生态系统中，有着诸多的研究领域和应用领域：  
1. 虚拟机、编译技术的研究(例如：GC优化、JIT、AOT等)：对效率的追求是人类的另一个天性之一  
2. Java语言本身的优化  
3. 大数据处理  
4. Java并发编程  
5. 客户端开发（例如：Android平台）  
6. ......  
  
微观角度：  
Java平台中有两大核心：  
1. Java语言本身、JDK中所提供的核心类库和相关工具  
2. Java虚拟机以及其他包含的GC  
  
1. Java语言本身、JDK中所提供的核心类库和相关工具  
从事Java平台的开发，掌握Java语言、核心类库以及相关工具是必须的，我觉得这是基础中的基础。  
>> 对语言本身的了解，需要开发者非常熟悉语言的语法结构；而Java又是一种面对对象的语言，这又需要开发者深入了解面对对象的设计理念；  
>> Java核心类库包含集合类、线程相关类、IO、NIO、J.U.C并发包等；  
>> JDK提供的工具包含：基本的编译工具、虚拟机性能检测相关工具等。  
  
2. Java虚拟机  
Java语言具有跨平台的特性，也正是因为虚拟机的存在。Java源文件被编译成字节码，被虚拟机加载后执行。这里隐含的意思有两层：  
1）大部分情况下，编程者只需要关心Java语言本身，而无需特意关心底层细节。包括对内存的分配和回收，也全权交给了GC。  
2）对于虚拟机而言，只要是符合规范的字节码，它们都能被加载执行，当然，能正常运行的程序光满足这点是不行的，程序本身需要保证在运行时不出现异常。所以，Scala、Kotlin、Jython等语言也可以跑在虚拟机上。  
  
围绕虚拟机的效率问题展开，将涉及到一些优化技术，例如：JIT、AOT。因为如果虚拟机加载字节码后，完全进行解释执行，这势必会影响执行效率。所以，对于这个运行环节，虚拟机会进行一些优化处理，例如JIT技术，会将某些运行特别频繁的代码编译成机器码。而AOT技术，是在运行前，通过工具直接将字节码转换为机器码。

“一次编译、到处运行”说的是Java语言跨平台的特性，Java的跨平台特性与Java虚拟机的存在密不可分，可在不同的环境中运行。比如说Windows平台和Linux平台都有相应的JDK，安装好JDK后也就有了Java语言的运行环境。其实Java语言本身与其他的编程语言没有特别大的差异，并不是说Java语言可以跨平台，而是在不同的平台都有可以让Java语言运行的环境而已，所以才有了Java一次编译，到处运行这样的效果。  
严格的讲，跨平台的语言不止Java一种，但Java是较为成熟的一种。“一次编译，到处运行”这种效果跟编译器有关。编程语言的处理需要编译器和解释器。Java虚拟机和DOS类似，相当于一个供程序运行的平台。  
程序从源代码到运行的三个阶段：编码——编译——运行——调试。Java在编译阶段则体现了跨平台的特点。编译过程大概是这样的：首先是将Java源代码转化成.CLASS文件字节码，这是第一次编译。.class文件就是可以到处运行的文件。然后Java字节码会被转化为目标机器代码，这是是由JVM来执行的，即Java的第二次编译。  
“到处运行”的关键和前提就是JVM。因为在第二次编译中JVM起着关键作用。在可以运行Java虚拟机的地方都内含着一个JVM操作系统。从而使JAVA提供了各种不同平台上的虚拟机制，因此实现了“到处运行”的效果。需要强调的一点是，java并不是编译机制，而是解释机制。Java字节码的设计充分考虑了JIT这一即时编译方式，可以将字节码直接转化成高性能的本地机器码，这同样是虚拟机的一个构成部分。