JDK

一，介绍

JDK（Java Development Kit）是Java开发工具包，它提供了开发和运行Java应用程序所需的工具、库和资源。下面是JDK的一些重点介绍：

  1. Java编译器（javac）：JDK包含了Java编译器，可以将Java源代码编译为Java字节码。通过编译器，开发人员可以将Java源代码转换为可在JVM上运行的字节码文件。
  2. 核心类库（Core Libraries）：JDK提供了丰富的核心类库，其中包含了常用的类和接口，用于处理字符串、集合、IO、网络通信等各种操作。开发人员可以利用这些类库来构建功能丰富的Java应用程序。
  3. 调试工具（Debugging Tools）：JDK提供了一系列的调试工具，例如Java命令行调试器（jdb）、Java虚拟机调试接口（JVMTI）和Java VisualVM等。这些工具可以帮助开发人员查找和修复Java应用程序中的错误和异常。
  4. 打包工具（Packaging Tools）：JDK提供了用于打包和部署Java应用程序的工具，如Java归档工具（jar）和Java Web启动器（Java Web Start）。这些工具使得开发人员能够方便地将应用程序打包成可执行的JAR文件或部署到Web服务器上。
  5. 文档生成工具（Documentation Generation Tools）：JDK包含了Java文档工具（javadoc），可以根据源代码中的注释自动生成详细的API文档。这使得开发人员可以方便地生成和浏览代码文档。
  6. Java虚拟机（JVM）：JDK中包含了Java虚拟机，它是执行Java字节码的运行时环境。JVM负责将字节码转换为机器码并执行，提供了内存管理、垃圾回收等关键功能。
  7. 开发工具（Development Tools）：JDK还提供了一系列的开发工具，如编译器插件（javacpl）、应用程序监视器（jconsole）和Java控制面板（jcontrol）。这些工具可以帮助开发人员进行代码编译、调试、性能分析等操作。

以上是JDK的一些重点介绍，它们为Java开发人员提供了丰富的功能和工具，使得他们能够轻松地开发、调试和部署Java应用程序。同时，JDK也会随着Java的版本升级而提供新的功能和改进。

二，JDK组成部分

JDK（Java Development Kit）由以下几个主要组成部分组成：

  1. Java编译器（javac）：Java编译器是JDK中的一个重要组件，它可以将Java源代码编译为Java字节码。编译器负责将程序员编写的Java源代码转换为可在Java虚拟机上运行的字节码文件。
  2. JRE（Java Runtime Environment）：JDK中包含了完整的JRE，JRE是Java应用程序运行所需的最小环境。它包含了Java虚拟机（JVM），以及执行Java程序所需的核心类库和运行时资源。
  3. 核心类库（Core Libraries）：JDK提供了丰富的核心类库，这些类库用于处理各种常见的任务，如字符串操作、集合操作、文件IO、网络通信等。开发人员可以利用这些类库来构建功能强大的Java应用程序。
  4. 开发工具（Development Tools）：JDK中包含一系列的开发工具，用于加速Java应用程序的开发。其中包括了Java编译器（javac）、调试工具（jdb）、性能分析工具（jconsole）等。这些工具能够帮助开发人员编译、调试和分析Java代码。
  5. Java文档工具（javadoc）：JDK提供了Java文档工具，它可以根据源代码中的注释生成详细的API文档。开发人员可以使用该工具自动生成和维护Java代码的文档，以方便其他开发人员使用和理解。
  6. 示例代码和示例文档：JDK中还包含了丰富的示例代码和示例文档，这些示例可以帮助开发人员更好地理解和学习Java编程。示例代码涵盖了各种Java特性和功能的使用方法，可以作为开发人员的参考和学习材料。

这些组成部分共同构成了JDK，为Java开发人员提供了一个完整的开发环境和丰富的工具集，用于开发、调试和部署Java应用程序。

三，JDK，JRE，JVM的区别

JDK（Java Development Kit），JRE（Java Runtime Environment）和JVM（Java Virtual Machine）是 Java 平台的三个关键组成部分，它们在功能和作用上有所不同：

  1. JDK（Java Development Kit）：

JDK是完整的 Java 开发工具包，它包含了用于开发 Java 应用程序的各种工具、编译器、示例代码和文档。JDK提供了一个完整的开发环境，使开发人员能够编写、编译和调试 Java 应用程序。它还包括了 JRE 的所有内容。通常情况下，只有当你需要开发 Java 应用程序时才需要安装 JDK。

  1. JRE（Java Runtime Environment）：

JRE是运行 Java 应用程序所需的最小环境。它包含了 JVM 和 Java 核心类库（Core Libraries），这些类库提供了 Java 应用程序运行所需的基本功能和资源。如果只需运行 Java 应用程序而无需进行开发，则只需安装 JRE。JRE允许用户在计算机上运行已编译的 Java 程序。

  1. JVM（Java Virtual Machine）：

JVM 是 Java 虚拟机，它是 Java 平台的核心组件之一。JVM 在计算机上执行 Java 字节码，并提供了内存管理、垃圾回收、安全性等重要功能。JVM 是 Java 应用程序与底层操作系统之间的中间层，使得 Java 应用程序具有跨平台的能力。不同的操作系统需要特定版本的 JVM 来运行 Java 应用程序。

简而言之，JDK 是用于开发 Java 应用程序的工具包，其中包含了 JRE；而 JRE 是运行 Java 应用程序所需的最小环境；JVM 则是在计算机上执行 Java 字节码的虚拟机，它提供了运行 Java 程序的基础设施。

四，JVM介绍

JVM（Java虚拟机）是Java程序的运行环境，它包含了多个关键模块，其中包括垃圾收集器（GC）、类加载器、编译器、内存模型、性能调优和执行模式。下面重点介绍这六个模块：

  1. 垃圾收集器（Garbage Collector）：JVM的垃圾收集器负责自动管理内存回收。它会自动检测不再使用的对象并进行回收，以确保内存的有效利用。不同的垃圾收集器采用不同的算法和策略来进行垃圾回收，如标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法等。
  2. 类加载器（Class Loader）：类加载器负责将编写的Java类加载到JVM中，并进行链接和初始化。它按照一定的规则查找和加载类文件，并生成对应的Class对象。类加载器支持类的动态加载和热部署，使得Java具有良好的扩展性和灵活性。
  3. 编译器（Compiler）：JVM的编译器将Java源代码转换为可执行的字节码。编译器通常包括即时编译器（JIT Compiler）和解释器（Interpreter）。即时编译器将频繁执行的字节码编译为本地机器码，以提高程序的执行效率。解释器逐行解释执行字节码。
  4. 内存模型（Memory Model）：JVM的内存模型定义了多线程环境下的内存访问规则和内存可见性。它规定了共享变量的操作具有原子性、可见性和有序性。内存模型为多线程编程提供了一致的内存访问抽象，保证了程序的正确性。
  5. 性能调优（Performance Tuning）：JVM的性能调优是指通过调整JVM的配置参数和优化程序代码来提升Java应用的性能。性能调优涉及到垃圾收集器的选择、堆内存和栈内存的大小配置、线程池的优化、程序的并发设计等方面。合理的性能调优可以提高程序的响应速度和吞吐量。
  6. 执行模式（Execution Mode）：JVM的执行模式指的是JVM运行时的执行方式。常见的执行模式包括客户端模式（Client Mode）和服务器模式（Server Mode）。客户端模式适用于交互式应用和快速启动，而服务器模式适用于长时间运行的服务端应用，它会进行更多的优化和激进的即时编译。

这六个模块是JVM中的重要组成部分，对于理解和优化Java程序的执行至关重要。通过合理配置和优化这些模块，可以提高Java应用程序的性能和可靠性。

JVM详细介绍

类加载器

JVM（Java Virtual Machine）的类加载器（Class Loader）是负责将 Java 类加载到 JVM 中的组件。它的主要功能是在运行时动态加载 Java 类并将其转换为可以被 JVM 执行的字节码。

下面是对 JVM 的类加载器的重点介绍：

  1. 类加载器的层次结构：

JVM 的类加载器采用了层次结构，由多个类加载器组成。它们按照特定的顺序逐级加载类。常见的三个层次结构是：

    • 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：它是 JVM 的一部分，它是最顶层的类加载器，负责加载 Java 核心类库（如java.lang包下的类）。
    • 扩展类加载器（Extension Class Loader）：它负责加载 Java 的扩展类库（如javax包下的类）。
    • 应用程序类加载器（Application Class Loader）：也称为系统类加载器，它负责加载应用程序中的类。
  1. 双亲委派模型：

双亲委派（Delegation Model）是一种类加载器的工作机制，也是 Java 类加载机制的核心之一。在双亲委派模型中类加载器遵循双亲委派模型。当加载一个类时，首先会委托给父级类加载器（除了启动类加载器）尝试加载。如果父级加载器无法找到该类，则会将加载请求传递给当前类加载器进行加载。这样可以确保类的加载是一种层次结构，避免类的重复加载和冲突。

  1. 破坏双亲委派模型（覆盖加载）：

尽管类加载器遵循双亲委派模型，但有时需要破坏该模型，实现一些特殊的需求。这可以通过自定义类加载器来实现。自定义类加载器可以重写父级加载器的加载逻辑，并在特定情况下覆盖加载类。

  1. 动态类加载：

类加载器允许在运行时动态加载类，这提供了一些动态性和灵活性。例如，通过使用反射机制，可以在运行时根据条件加载特定的类。

  1. 类加载过程：

类加载器通过以下步骤加载类：

    • 加载：查找并加载类的字节码文件。
    • 链接：执行验证、准备和解析等操作。
    • 初始化：对类进行初始化，包括执行静态变量赋值、执行静态代码块等。

类加载器是 JVM 实现的关键组件之一，它管理着 Java 类的加载和链接过程。了解类加载器的工作原理和层次结构可以帮助我们更好地理解 Java 类加载的机制以及动态加载类的能力。

GC

垃圾收集（Garbage Collection，GC）是Java虚拟机（JVM）的一项重要功能，用于自动管理和回收不再使用的内存对象，以避免内存泄漏和提高内存的利用效率。以下是GC的重点介绍：

  1. 垃圾收集算法：垃圾收集器使用不同的算法来确定哪些对象可以被回收。常见的算法包括标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法和分代收集算法等。这些算法根据对象的存活周期和内存布局选择最合适的方式进行垃圾回收。
  2. 内存区域划分：GC将内存划分为不同的区域，如新生代、老年代、永久代/元空间等。每个区域有不同的特点和垃圾收集策略。新生代通常采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理算法。

永久代和元空间是两个不同的概念，它们在不同的Java版本中扮演着不同的角色，并使用不同的垃圾收集算法。

  1. 永久代（Permanent Generation）：永久代是Java 8及之前版本中的一部分，用于存储类的元数据、常量池、静态变量以及即时编译器（JIT）优化后的代码等。在永久代中，一些不再使用的类或常量可能会被回收，但并不是通过垃圾收集器来实现的。永久代采用的不是传统的垃圾收集算法，而是通过特定的规则和机制来处理。
  2. 元空间（Metaspace）：元空间是从Java 8开始取代了永久代的概念。它的主要作用是存储类的元数据，如类的结构信息、方法信息等。与永久代不同，元空间并不是在堆中进行分配，而是使用本地内存。元空间不再受到固定大小的限制，它可以根据需要动态地分配和释放内存。

由于永久代和元空间的特殊性，它们并不使用传统的标记-清除或标记-整理算法。在永久代中，类的卸载是通过特定规则来判定的，而元空间中的类的释放是由底层操作系统自行管理的。

需要注意的是，随着Java的发展，JDK 8以后的版本已经将永久代替换为了元空间，因此永久代仅适用于Java 8及之前的版本。在Java 8之后，类的元数据存储在元空间中，并且使用不同的机制进行管理。

  1. 垃圾回收过程：在垃圾回收过程中，GC需要进行对象的标记、可达性分析、回收等操作。其中，标记阶段用于标记所有活跃对象，分析阶段用于确定哪些对象是不可达的，回收阶段则释放不可达对象所占用的内存。
  2. 垃圾收集器：JVM提供了多个垃圾收集器，如Serial、Parallel、CMS、G1等。不同的垃圾收集器具有不同的特点和适用场景。选择合适的垃圾收集器可以根据应用程序的需求来平衡吞吐量、延迟和内存占用。
  3. 垃圾回收的影响：垃圾收集过程会导致一定的系统开销。在进行垃圾回收时，应用程序的执行会被暂停，可能会影响系统的响应性能和吞吐量。因此，需要根据应用程序的特点和需求进行合理配置和调优。
  4. GC调优：GC调优是优化应用程序性能的重要环节。通过调整GC相关的参数，如堆大小、垃圾收集器类型、分代比例等，可以优化内存使用和垃圾回收效率。常见的调优手段包括分析GC日志、选择合适的垃圾收集器、设置合理的堆大小等。

GC是Java虚拟机的关键部分，对于保证程序的稳定性和性能至关重要。了解垃圾收集算法、内存区域划分、垃圾回收过程、垃圾收集器选择和调优等方面的知识，能够帮助开发人员编写高效、具有良好响应性的Java应用程序。

内存模型

内存模型是计算机系统在执行程序时，对内存进行组织和管理的规范。Java的内存模型主要包括堆、栈、方法区、本地方法栈和计数器等组成部分。

  1. 堆（Heap）：堆是Java中最大的一块内存区域，用于存储对象实例和数组。所有通过关键字

new创建的对象都会被分配到堆上。堆是线程共享的，所有线程都可以访问和修改堆中的对象。

  1. 栈（Stack）：栈是线程私有的，用于存储方法的局部变量、方法的参数值、返回值和方法调用的相关信息。每个线程在运行时都会有一个独立的栈，栈的大小和生命周期与线程的生命周期相同。栈是一种高效的数据结构，它以”先进后出”（LIFO）的方式管理数据。
  2. 方法区（Method Area）：方法区是存储已加载的类信息、常量、静态变量、编译器优化后的代码等的内存区域。在Java 8及之前的版本中，方法区被称为永久代（Permanent Generation）。而在Java 8及之后的版本中，永久代被移除，取而代之的是元空间（Metaspace）。
  3. 本地方法栈（Native Method Stack）：本地方法栈用于存储Java程序调用本地（非Java）方法的相关信息。本地方法栈与栈的功能类似，但专门用于处理本地方法的调用和返回。
  4. 计数器（Program Counter）：计数器是线程私有的，用于记录当前线程正在执行的字节码指令的地址。每个线程都有一个独立的计数器，它不存储任何数据，仅用于指示下一条要执行的指令。

这些组成部分共同构成了Java程序在内存中的存储和执行结构。了解这些内存模型的重要组成部分有助于理解Java程序的运行机制，进行有效的内存管理和性能优化。

编译器

内存模型中的编译器在Java程序的执行过程中起着重要的作用。编译器负责将Java源代码翻译成可执行的字节码指令，以便在Java虚拟机中执行。

以下是编译器在Java内存模型中的一些重要作用和特性：

  1. 语法分析：编译器会对源代码进行语法分析，确保其符合Java语法规范。它会检查语法错误、缺失的分号、括号匹配等问题。
  2. 语义分析：编译器会进行语义分析，包括类型检查、变量声明和使用的合法性等。它会检查变量的作用域、类型转换、方法的调用等问题，以确保代码的正确性。
  3. 优化：编译器会进行各种优化，以提高程序的性能和效率。常见的优化包括常量折叠、逃逸分析、循环展开、方法内联、无用代码删除等。这些优化可以减少程序的执行时间和内存占用。
  4. 字节码生成：编译器将经过语法和语义分析后的代码翻译成字节码指令。字节码是一种中间形式的代码，它是跨平台的，可以在不同的Java虚拟机上执行。
  5. 即时编译：在某些情况下，编译器可以将热点代码（被频繁执行的代码）进行即时编译。即时编译器会将字节码转换成本地机器代码，以提高执行速度。

编译器在Java内存模型中扮演着至关重要的角色。它负责将高级语言的Java代码转化为可执行的字节码指令，并进行各种优化以提高程序的性能。了解编译器的作用和特性有助于我们理解Java程序的执行过程和优化技巧。

执行模式

在Java虚拟机中，执行模式分为解释模式、编译模式和混合模式三种。它们分别是：

  1. 解释模式（Interpret Mode）：Java虚拟机最初的执行方式是解释模式，即将Java字节码逐条解释成机器指令并执行。解释模式的缺点是效率低下，因为每次执行都需要进行逐条解释，速度比较慢。
  2. 编译模式（Compile Mode）：为了提高程序的性能，Java虚拟机引入了编译模式。编译模式是在运行时将Java字节码编译成本地机器代码，以提高程序的执行速度。编译模式包括以下两种实现方式：

a. 即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）：即时编译器（编译器）会对代码进行实时编译，并将其转换为本地机器代码。这种编译方式可以提高程序的执行速度，但也会占用一定的内存资源。

b. 提前编译器（Ahead-Of-Time Compiler，AOT）：提前编译器可以事先将Java字节码编译成本地机器代码，生成可执行二进制文件。这种方式可以避免运行时编译的开销，提高程序的启动速度和执行速度，但也会占用更多的磁盘空间。

  1. 混合模式（Mixed Mode）：混合模式是将解释模式和编译模式相结合的一种执行模式。它在程序启动时使用解释模式，预先编译部分代码；在程序运行过程中，通过即时编译器将热点代码编译成本地机器代码，并利用混合执行模式来提高程序的执行效率。

Java虚拟机的执行模式既包含了解释模式和编译模式的优缺点，也有一些创新的混合模式。在实际应用中，可以根据具体的需求和场景选择合适的执行模式，以达到最好的性能或者最小的开销。 Java1.8默认混合模式，jdk某一个文件txt有明确描述

Java 代码执行全过程

Java代码的执行过程可以简单分为以下几个步骤：

  1. 编写源代码：程序员使用Java编程语言编写源代码，源代码是以.java文件格式保存的文本文件。
  2. 编译源代码：使用Java编译器（javac）将源代码编译成字节码文件。字节码是一种中间形式的代码，它不是直接在操作系统上运行的机器代码，而是供Java虚拟机执行的指令集。
  3. 类加载：Java虚拟机（JVM）在运行时负责类的加载。当Java程序启动时，JVM会根据需要加载字节码文件，并且将字节码转换成可以直接在JVM上执行的二进制形式。
  4. 字节码验证：在类加载的过程中，JVM会进行字节码验证，以确保字节码的安全性和正确性。这个过程包括类型检查、访问权限验证等，以防止潜在的安全漏洞和错误。
  5. 解释/编译执行：Java虚拟机根据需要选择不同的执行模式，可以是解释模式、即时编译模式或混合模式。在解释模式下，JVM逐条解释字节码并执行；在即时编译模式下，JVM将热点代码编译成本地机器代码，以提高执行速度；在混合模式下，JVM结合使用解释和编译执行。
  6. 运行时内存管理：Java虚拟机负责分配和管理程序运行时需要的内存。它提供了自动的垃圾回收机制，以释放不再使用的内存资源，并且通过堆、栈等数据结构来管理对象的创建和销毁。
  7. 程序终止：当程序执行完毕或者出现异常时，Java虚拟机会终止程序的执行。在程序终止之前，可以执行一些清理工作，例如关闭打开的文件、释放占用的资源等。

总体而言，Java代码的执行过程包括编写源代码、编译、类加载、字节码验证、解释/编译执行和运行时内存管理等步骤。Java虚拟机提供了一个平台独立的运行环境，使得Java程序可以在不同的操作系统上执行，具有良好的可移植性和安全性。