Java核心技术面试精讲(第一讲)| 谈谈你对 Java 平台的理解?

从你接触 Java 开发到现在,你对 Java 最直观的印象是什么呢?是它宣传的 “Write once, run anywhere”,还是目前看已经有些过于形式主义的语法呢?你对于 Java 平台到底了解到什么程度?请你先停下来总结思考一下。

今天我要问你的问题是,谈谈你对 Java 平台的理解?“Java 是解释执行”,这句话正确吗?


典型回答

Java 本身是一种面向对象的语言,最显著的特性有两个方面,一是所谓的“书写一次,到处运行”(Write once, run anywhere),能够非常容易地获得跨平台能力;另外就是垃圾收集(GC, Garbage Collection),Java 通过垃圾收集器(Garbage Collector)回收分配内存,大部分情况下,程序员不需要自己操心内存的分配和回收。

我们日常会接触到 JRE(Java Runtime Environment)或者 JDK(Java Development Kit)。 JRE,也就是 Java 运行环境,包含了 JVM 和 Java 类库,以及一些模块等。而 JDK 可以看作是 JRE 的一个超集,提供了更多工具,比如编译器、各种诊断工具等。

对于“Java 是解释执行”这句话,这个说法不太准确。我们开发的 Java 的源代码,首先通过 Javac 编译成为字节码(bytecode),然后,在运行时,通过 Java 虚拟机(JVM)内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。但是常见的 JVM,比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM,都提供了 JIT(Just-In-Time)编译器,也就是通常所说的动态编译器,JIT 能够在运行时将热点代码编译成机器码,这种情况下部分热点代码就属于编译执行,而不是解释执行了。

知识扩展

回归正题,对于 Java 平台的理解,可以从很多方面简明扼要地谈一下,例如:Java 语言特性,包括泛型、Lambda 等语言特性;基础类库,包括集合、IO/NIO、网络、并发、安全等基础类库。对于我们日常工作应用较多的类库,面试前可以系统化总结一下,有助于临场发挥。

或者谈谈 JVM 的一些基础概念和机制,比如 Java 的类加载机制,常用版本 JDK(如 JDK 8)内嵌的 Class-Loader,例如 Bootstrap、 Application 和 Extension Class-loader;类加载大致过程:加载、验证、链接、初始化(这里参考了周志明的《深入理解 Java 虚拟机》,非常棒的 JVM 上手书籍);自定义 Class-Loader 等。还有垃圾收集的基本原理,最常见的垃圾收集器,如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1 等,对于适用于什么样的工作负载最好也心里有数。这些都是可以扩展开的领域,我会在后面的专栏对此进行更系统的介绍。

当然还有 JDK 包含哪些工具或者 Java 领域内其他工具等,如编译器、运行时环境、安全工具、诊断和监控工具等。这些基本工具是日常工作效率的保证,对于我们工作在其他语言平台上,同样有所帮助,很多都是触类旁通的。

下图是我总结的一个相对宽泛的蓝图供你参考。

不再扩展了,回到前面问到的解释执行和编译执行的问题。有些面试官喜欢在特定问题上“刨根问底儿”,因为这是进一步了解面试者对知识掌握程度的有效方法,我稍微深入探讨一下。

众所周知,我们通常把 Java 分为编译期和运行时。这里说的 Java 的编译和 C/C++ 是有着不同的意义的,Javac 的编译,编译 Java 源码生成“.class”文件里面实际是字节码,而不是可以直接执行的机器码。Java 通过字节码和 Java 虚拟机(JVM)这种跨平台的抽象,屏蔽了操作系统和硬件的细节,这也是实现“一次编译,到处执行”的基础。

在运行时,JVM 会通过类加载器(Class-Loader)加载字节码,解释或者编译执行。就像我前面提到的,主流 Java 版本中,如 JDK 8 实际是解释和编译混合的一种模式,即所谓的混合模式(-Xmixed)。通常运行在 server 模式的 JVM,会进行上万次调用以收集足够的信息进行高效的编译,client 模式这个门限是 1500 次。Oracle Hotspot JVM 内置了两个不同的 JIT compiler,C1 对应前面说的 client 模式,适用于对于启动速度敏感的应用,比如普通 Java 桌面应用;C2 对应 server 模式,它的优化是为长时间运行的服务器端应用设计的。默认是采用所谓的分层编译(TieredCompilation)。这里不再展开更多 JIT 的细节,没必要一下子就钻进去,我会在后面介绍分层编译的内容。

Java 虚拟机启动时,可以指定不同的参数对运行模式进行选择。 比如,指定“-Xint”,就是告诉 JVM 只进行解释执行,不对代码进行编译,这种模式抛弃了 JIT 可能带来的性能优势。毕竟解释器(interpreter)是逐条读入,逐条解释运行的。与其相对应的,还有一个“-Xcomp”参数,这是告诉 JVM 关闭解释器,不要进行解释执行,或者叫作最大优化级别。那你可能会问这种模式是不是最高效啊?简单说,还真未必。“-Xcomp”会导致 JVM 启动变慢非常多,同时有些 JIT 编译器优化方式,比如分支预测,如果不进行 profiling,往往并不能进行有效优化。

除了我们日常最常见的 Java 使用模式,其实还有一种新的编译方式,即所谓的 AOT(Ahead-of-Time Compilation),直接将字节码编译成机器代码,这样就避免了 JIT 预热等各方面的开销,比如 Oracle JDK 9 就引入了实验性的 AOT 特性,并且增加了新的 jaotc 工具。利用下面的命令把某个类或者某个模块编译成为 AOT 库。


jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class
jaotc --output libjava.base.so --module java.base

 然后,在启动时直接指定就可以了。


java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so,./libjava.base.so HelloWorld

而且,Oracle JDK 支持分层编译和 AOT 协作使用,这两者并不是二选一的关系。如果你有兴趣,可以参考相关文档:http://openjdk.java.net/jeps/295。AOT 也不仅仅是只有这一种方式,业界早就有第三方工具(如 GCJ、Excelsior JET)提供相关功能。

另外,JVM 作为一个强大的平台,不仅仅只有 Java 语言可以运行在 JVM 上,本质上合规的字节码都可以运行,Java 语言自身也为此提供了便利,我们可以看到类似 Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython 等大量 JVM 语言,活跃在不同的场景。

今天,我简单介绍了一下 Java 平台相关的一些内容,目的是提纲挈领地构建一个整体的印象,包括 Java 语言特性、 核心类库与常用第三方类库、Java 虚拟机基本原理和相关工具,希望对你有所帮助。


其他经典回答

以下来自网友Woj的回答:

“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。

以下来自网友三军的回答:

Java特性:

面向对象(封装,继承,多态)、平台无关性(JVM运行.class文件)、语言(泛型,Lambda)、类库(集合,并发,网络,IO/NIO)、JRE(Java运行环境,JVM,类库)、JDK(Java开发工具,包括JRE,javac,诊断工具)

Java是解析运行吗?

不正确!

1,Java源代码经过Javac编译成.class文件、2,.class文件经JVM解析或编译运行(1)解析:.class文件经过JVM内嵌的解析器解析执行。(2)编译:存在JIT编译器(Just In Time Compile 即时编译器)把经常运行的代码作为"热点代码"编译与本地平台相关的机器码,并进行各种层次的优化。(3)AOT编译器: Java 9提供的直接将所有代码编译成机器码执行。

以下来自网友Jerry银银的回答:

关注了好久,终于期盼到了第一讲。在看到这个题目时,我并没有立马点进来看原文,而是给了自己一些时间进行思考。

首先,个人觉得这个题目非常的抽象和笼统,这个问题没有标准答案,但是有『好』答案,而答案的好坏,完全取决于面试者自身的技术素养和对Java系统性的了解。我的理解如下:

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。

以下来自网友欧阳田的回答:

1,JVM的内存模型,堆、栈、方法区;字节码的跨平台性;对象在JVM中的强引用,弱引用,软引用,虚引用,是否可用finalise方法救救它?;双亲委派进行类加载,什么是双亲呢?双亲就是多亲,一份文档由我加载,然后你也加载,这份文档在JVM中是一样的吗?;多态思想是Java需要最核心的概念,也是面向对象的行为的一个最好诠释;理解方法重载与重写在内存中的执行流程,怎么定位到这个具体方法的。

2,发展流程,JDK5(重写bug),JDK6(商用最稳定版),JDK7(switch的字符串支持),JDK8(函数式编程),一直在发展进化。

3,理解祖先类Object,它的行为是怎样与现实生活连接起来的。

4,理解23种设计模式,因为它是道与术的结合体。

以下来自网友石头狮子的回答:

1. 一次编译,到处运行。jvm 层面封装了系统API,提供不同系统一致的调用行为。减少了为适配不同操作系统,不同架构的带来的工作量。

2. 垃圾回收,降低了开发过程中需要注意内存回收的难度。降低内存泄露出现的概率。虽然也带来了一些额外开销,但是足以弥补带来的好处。合理的分代策略,提高了内存使用率。

3. jit 与其他编译语言相比,降低了编译时间,因为大部分代码是运行时编译,避免了冷代码在编译时也参与编译的问题。

 提高了代码的执行效率,之前项目中使用过 lua 进行相关开发。由于 lua 是解释性语言,并配合使用了 lua-jit。开发过程中遇到,如果编写的 lua 代码是 jit 所不支持的会导致代码性能与可编译的相比十分低下。

 

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_39331713/article/details/114009721