Java基础面试题(三)

发布时间:2024年01月17日

Java基础面试题(三)

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什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

在 Java 中,JVM 可以理解的代码就叫做字节码(即扩展名为 .class 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以, Java 程序运行时相对来说还是高效的(不过,和 C、 C++,Rust,Go 等语言还是有一定差距的),而且,由于字节码并不针对一种特定的机器,因此,Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 程序从源代码到运行的过程如下图所示

Java程序转变为机器代码的过程

我们需要格外注意的是 .class->机器码 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件,然后通过解释器逐行解释执行,这种方式的执行速度会相对比较慢。而且,有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码),所以后面引进了 JIT(Just in Time Compilation) 编译器,而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后,其会将字节码对应的机器码保存下来,下次可以直接使用。而我们知道,机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言

Java程序转变为机器代码的过程

HotSpot 采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法,根据二八定律,消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码(热点代码),而这也就是 JIT 所需要编译的部分。JVM 会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化,因此执行的次数越多,它的速度就越快。

JDK、JRE、JVM、JIT 这四者的关系如下图所示。

JDK、JRE、JVM、JIT 这四者的关系

下面这张图是 JVM 的大致结构模型。

JVM 的大致结构模型

为什么说 Java 语言“编译与解释并存”?

其实这个问题我们讲字节码的时候已经提到过,因为比较重要,所以我们这里再提一下。

我们可以将高级编程语言按照程序的执行方式分为两种:

  • 编译型编译型语言 会通过编译器将源代码一次性翻译成可被该平台执行的机器码。一般情况下,编译语言的执行速度比较快,开发效率比较低。常见的编译性语言有 C、C++、Go、Rust 等等。
  • 解释型解释型语言会通过解释器一句一句的将代码解释(interpret)为机器代码后再执行。解释型语言开发效率比较快,执行速度比较慢。常见的解释性语言有 Python、JavaScript、PHP 等等。

编译型语言和解释型语言

根据维基百科介绍:

为了改善编译语言的效率而发展出的即时编译技术,已经缩小了这两种语言间的差距。这种技术混合了编译语言与解释型语言的优点,它像编译语言一样,先把程序源代码编译成字节码。到执行期时,再将字节码直译,之后执行。JavaLLVM是这种技术的代表产物。

相关阅读:基本功 | Java 即时编译器原理解析及实践

为什么说 Java 语言“编译与解释并存”?

这是因为 Java 语言既具有编译型语言的特征,也具有解释型语言的特征。因为 Java 程序要经过先编译,后解释两个步骤,由 Java 编写的程序需要先经过编译步骤,生成字节码(.class 文件),这种字节码必须由 Java 解释器来解释执行。

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