重新认识 Java

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2023-03-26

前言

世界上并没有完美的程序，但我们并不因此而沮丧，因为写程序本来就是一个不断追求完美的过程。
——《深入理解 Java 虚拟机》

说到 Java 大家都不陌生，它是一种面向对象的编程语言，具有功能强大和简单易用两个重要特征。Java 语言具有众多优点，其中一种就是平台独立与可移植，正是因为这个优点，借着互联网浪潮的 Java 迅速发展，这里离不开一个很重要的东西—— Java 虚拟机（Java Virtual Machine ，JVM ）。

JVM 本身的知识非常丰富，这篇文章也仅仅是对 JVM 的一个简单的解释，这个系列后续的文章会更深入地探讨 JVM 的详细知识。如果小伙伴想更加全面地了解 JVM ，推荐阅读周志明老师的《深入理解Java虚拟机》。

Java 跨平台的原因

从 C++ 到 Java

上世纪九十年代，硬件领域出现了单片式计算机系统（单片机），单片机的出现极大地提高了自动控制领域消费电子产品（电视机顶盒、移动电话等）的智能化程度。Sun 公司当然也希望抓住这次热潮，于是在1991年成立了一个称为 Green 的项目小组，专攻计算机在家电产品上的嵌入式应用。

C++ 语言在硬件领域的特殊优势，让研发人员决定使用 C++ 开发，但是单片机硬件资源极其匮乏，无法支撑 C++ 程序的运行，而且嵌入式处理器种类繁多，如何让程序可以跨平台运行就变成了一个很大问题。

因此，研发人员首先将精力放在了语言的研发上，他们并没有开发一种全新的语言，而是摒弃了 C++ 里一些不太实用及影响安全的成分，如指针、多继承等，推出了 Oak 面向对象语言，它也是 Java 的前身。

但是现在我们知道，在今天嵌入式的开发中，几乎都是使用 C/C++ 语言。在当时 Oak 出现时，由于各种原因，它并没有得到广泛地应用，于是团队重新分析市场需求，最后改变了努力的目标——万维网。

1995年互联网潮流的兴起，业界为了使死板、单调的静态网页能够“灵活”起来，急需一种软件技术来开发一种程序，这种程序可以通过网络传播并且能够跨平台运行。Oak 迅速找到了最适合自己发展的市场定位，成功转型，成为了现在的 Java（在申请注册商标时，发现 Oak 已经被人使用了，再想了一系列名字之后，最终使用了提议者在喝一杯 Java 咖啡时无意提到的 Java 词语）。

Java 是几乎所有类型的网络应用程序的基础，也是开发和提供嵌入式和移动应用程序、游戏、基于 Web 的内容和企业软件的全球标准。Java 在全球各地有超过 900 万的开发人员，使您能够高效地开发、部署和使用精彩的应用程序和服务。
从笔记本电脑到数据中心，从游戏控制台到科学超级计算机，从手机到互联网，Java 无处不在！
——Java官网

Write Once, Run Anywhere

1995年5月23日，Oak 语言改名为 Java，并且在 SunWorld 大会上正式发布 Java 1.0 版本。Java 语言第一次提出了 “Write Once，Run Anywhere” 的口号。

Java 语言源程序经过编译，会被转换成字节码（bytes-codes）文件，字节码的最大特点就是可以跨平台运行。

这里有一个很重要的角色就是解释器，它负责“解释”字节码文件，也就是将字节码文件翻译成机器可以直接运行的代码，而任意一种解释器我们都可以称之为 Java 虚拟机（JVM），我们可以认为 Java 字节码就是 JVM 的机器码。

如果一台计算机，无论是什么操作系统，只要它包含了 Java 的虚拟机，它就可以运行任何正确的 Java 程序，也就实现了 Run Anywhere 。

一个简单的例子：

使用记事本编写下面的代码，并将文件保存为 Helloworld.java ，注意类名和文件名相同。

public class Helloworld {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

Windows 环境下打开 dos ，进入 Helloworld.java 文件目录下，使用下面的命令编译该程序。

javac Helloworld.java

可以看到文件目录下多了一个 Helloworld.class 文件，这个就是字节码文件，使用下面的命令可以运行该文件，可以看到 dos 打印出了程序运行结果。同样的，将该字节码文件放在任何安装了 JDK 或者 JRE 的电脑上，使用相同的命令都可以得到相同的结果。

java Helloworld

什么是 JVM

JVM 本质

JVM 是一个虚构出来的计算机，它没有寄存器，所以指令集是使用 Java 栈来存储中间数据，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现。它本质上就是一个程序，当它在命令行上启动的时候，就开始执行保存在某字节码文件中的指令。

引入 JVM 后，Java 语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java 程序只需生成在 Java 虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

JVM 家族

JVM 有一个很庞大的家族，在不同的行业、不同的应用场景，程序运行的要求是不一样的，有很强的目标性，并不是所有的 JVM 都会被广泛应用，也不存在一种可以应用于所有场景的 JVM（也不一定，未来的事儿谁说的准呢哈）。

为什么要学习 JVM

面试会问

毫不夸张地说，绝大多数人开始学习 JVM 的首要原因是为了面试，当然我也不例外。

每年从事互联网的人员越来越多，门槛也随之变高（越来越卷），现在找 Java 相关工作，面试官都或多或少问 JVM 相关的知识，这时候如果一点都不会的话，是不是挺尴尬的。

这么说会有点应试之嫌，但事实确实如此。

更加深入地了解 Java

知识如果只停留在表层，几乎任何方向的能够胜任的职位也都只能停留在表层，至少程序员是如此。我们都有一颗不甘平凡的心，如果想超越自我，就需要追求更深层次的知识。

学习 Java 虚拟机能够让我们更深入地了解 Java 这门语言，可以清楚地知道 Java 程序是如何执行的，可以知道如何提高 Java 应用的性能等等。

工作中会用得到

正如文章开头所说，世界上并没有完美的程序，任何程序在部署上线后都会出现这样或那样的问题，那么如何解决线上的 Java 应用崩溃问题。

相对于 C/C++ 语言手动管理内存空间，JVM 从这个层面解放了程序员们，我们不需要花精力去对内存进行分配和管理，只需要去关注业务逻辑地实现。但是如果不理解 JVM GC 回收的原理，当出现内存泄露或溢出问题时，就没法或是很难进行排查和定位。