目前，Java是世界上最受欢迎的编程语言之一已经不是什么秘密了。 Java的正式发布日期是1995年5月23日。
本文致力于基础知识的基础知识：它概述了该语言的基础特性，这些语言特性对于初学者“ javists”将派上用场，而经验丰富的Java开发人员将能够刷新他们的知识。
*本文是根据IntexSoft Java开发人员Eugene Freiman的报告编写的。
本文包含外部材料的链接 。
1. JDK，JRE，JVM
Java开发工具包是
Java应用程序开发工具包。 它包括
Java开发工具和Java运行时环境（
JRE ）。
Java开发工具包括大约40种不同的工具：javac（编译器），java（应用程序启动器），javap（java类文件反汇编器），jdb（java调试器）等。
JRE运行时是运行已编译Java程序所需的所有程序的软件包。 包括
JVM虚拟机和
Java类库 。
JVM是旨在执行字节码的程序。 JVM的第一个优点是
“编写一次，随处运行”的原则。 这意味着用Java编写的应用程序在所有平台上都可以相同地工作。 这是JVM和Java本身的一大优势。
在Java之前，许多计算机程序是为特定的计算机系统编写的，并且优先选择手动内存管理，因为这样效率更高且可预测。 自1990年代下半年以来，在Java出现之后，自动内存管理已成为一种普遍的做法。
有许多JVM实现，包括商业和开源。 创建新JVM的目标之一是提高特定平台的性能。 每个JVM都是针对该平台分别编写的，但可以编写它，以便在特定平台上更快地工作。 最常见的JVM实现是
OpenJDK JVM热点。 也有
IBM J9 ，
Excelsior JET的实现 。
2. JVM代码执行
根据
Java SE规范 ，为了使代码在JVM中运行，您需要完成3个步骤：
- 加载字节码并实例化Class类
粗略地说，为了进入JVM，必须加载该类。 为此，有单独的加载程序类，我们稍后再返回。 - 链接或链接
加载类后，链接过程开始，在该链接过程中解析并检查字节码。 链接过程依次分为3个步骤：
-校验或字节码校验：指令的正确性，代码这一部分的堆栈溢出的可能性，变量类型的兼容性被检查； 每个班级检查一次；
-准备或准备：在此阶段，根据规范，为静态字段分配内存并进行初始化；
-分辨率或分辨率：符号链接的权限（在字节码中，打开扩展名为.class的文件时，我们看到的是数字值而不是符号链接）。 - 初始化生成的Class对象
在最后阶段，我们创建的类被初始化，并且JVM可以开始执行它。
3.类加载器及其层次结构
回到类加载器，这些是JVM一部分的特殊类。 它们将类加载到内存中，并使它们可用于执行。 加载程序适用于所有类：我们的类以及Java直接需要的类。
想象一下情况：我们编写了应用程序，除了标准类之外，还有我们的类，并且有很多类。 JVM将如何与此一起工作？ Java实现了延迟的类加载，即延迟加载。 这意味着只有在应用程序中没有对类的调用之前，才可以加载类。
类加载器层次结构
第一类加载器是
Bootstrap类加载器 。 它是用C ++编写的。 这是从
rt.jar存档中加载所有系统类的基础加载器。 同时，从
rt.jar加载类和我们的类之间存在细微差别：当JVM从
rt.jar加载类时，它不会执行加载任何其他类文件时执行的所有验证步骤，因为 JVM最初知道所有这些类均已验证。 因此，您不应在此存档中包含任何文件。
下一个引导加载程序是
Extension类加载程序。 它从
jre / lib / ext文件夹加载扩展类。 假设您希望每次Java计算机启动时都加载一个类。 为此，您可以将源类文件复制到此文件夹，它将自动加载。
另一个引导程序是
System classloader 。 它从应用程序启动时指定的类路径中加载类。
加载类的过程发生在层次结构中：
- 首先，我们请求在系统类加载器缓存中进行搜索（系统加载器缓存包含它已经加载的类）；
- 如果在系统加载器的高速缓存中找不到该类，我们将查看高速缓存扩展类加载器；
- 如果在扩展加载程序缓存中找不到该类，则从Bootstrap加载程序请求该类。
如果在Bootstrap缓存中找不到该类，它将尝试加载该类。 如果Bootstrap无法加载该类，则它将类的加载委托给扩展加载器。 如果此时加载了类，则它将保留在扩展类加载器的缓存中，并且类加载完成。
4.类文件结构和启动过程
我们直接进入类文件的结构。
用Java编写的一个类被编译为扩展名为.class的单个文件。 如果我们的Java文件中有多个类，则可以将一个Java文件编译成扩展名为.class-这些类的字节码文件的多个文件。
所有数字，字符串，指向类，字段和方法的指针都存储在
常量池中 -
元空间存储区。 类描述存储在同一位置，并包含名称，修饰符，超类，超级接口，字段，方法和属性。 属性又可以包含任何其他信息。
因此，在加载类时：
- 读取类文件，即格式验证
- 在常量池（元空间）中创建类表示形式
- 加载了超类和超级接口； 如果它们没有被加载，那么类本身将不会被加载
5.在JVM上执行字节码
首先，为了执行字节码，JVM可以对其进行
解释 。 解释是一个相当缓慢的过程。 在解释过程中，解释器逐行“遍历”类文件，并将其转换为JVM可以理解的命令。
而且，JVM可以
广播它 ，即 编译为将直接在CPU上执行的机器代码。
频繁执行的命令将不会被解释，但会立即广播。
6.编译
编译器是一种程序，可以将用高级编程语言编写的程序的源部分转换为计算机“可以理解”的机器语言程序。
编译器分为：
- 没有优化
- 简单优化 （Hotspot Client）：工作迅速，但生成非最佳代码
- 复杂优化 （热点服务器）：在生成字节码之前执行复杂的优化转换
编译器还可以按编译时间分类：
- 动态编译器
它们与程序同时工作，这会影响性能。 这些编译器必须在经常执行的代码上运行，这一点很重要。 在程序执行期间，JVM知道最常执行哪个代码，并且为了不经常解释它，虚拟机立即将其转换为将直接在处理器上执行的命令。 - 静态编译器
编译时间更长，但会生成最佳代码以供执行。 优点：在程序执行期间它们不需要资源，每种方法都使用优化进行编译。
7. Java的内存组织
堆栈是Java中根据LIFO方案（“后进
先出 ”或“后进
先出 ”）工作的内存区域。
为了存储方法，它是必需的。 只要执行创建变量的方法，堆栈中的变量就存在。
在Java中调用任何方法时，都会在堆栈上创建一个框架或内存区域，并将该方法放在其顶部。 当方法完成执行时，将从内存中删除该方法，从而为以下方法释放内存。 如果堆栈内存已满，则Java将抛出
java.lang.StackOverFlowError异常。 例如，如果我们有一个将调用自身的递归函数并且堆栈上没有足够的内存，则会发生这种情况。
堆栈的主要功能：
- 随着新方法的调用和完成，将填充并释放堆栈。
- 对该内存区域的访问比堆快。
- 堆栈大小由操作系统确定。
- 它是线程安全的，因为每个堆栈都有自己的单独堆栈。
Java中的另一个内存区域是
堆或
堆 。 它用于存储对象和类。 新对象总是在堆上创建，对它们的引用存储在堆栈中。 堆上的所有对象都具有全局访问权限，也就是说，可以从应用程序中的任何位置访问它们。
堆分为几个较小的部分，称为几代：
- 年轻一代 -最近创建的对象所在的区域
- 旧的（永久的）世代 -存储“长寿命”对象的区域
- 在Java 8之前，存在另一个领域- 永久生成 -包含有关类，方法和静态变量的元信息。 Java 8出现后，决定将这些信息分别存储在堆外部，即在Meta空间中
为什么抛弃永久一代？ 首先，这是由于与该区域溢出相关的错误所致：由于Perm的大小恒定且无法动态扩展，因此内存迟早会耗尽，引发错误，并且应用程序崩溃。
元空间具有动态大小，并且在运行时可以扩展为JVM内存大小。
关键堆功能：
- 当此内存区域已满时，Java会引发java.lang.OutOfMemoryError
- 堆访问比栈访问慢
- 垃圾收集器收集未使用的对象
- 与堆栈不同，堆不是线程安全的，因为任何线程都可以访问它
根据上面的信息，考虑使用一个简单的示例执行内存管理的方法：
public class App { public static void main(String[] args) { int id = 23; String pName = "Jon"; Person p = null; p = new Person(id, pName); } } class Person { int pid; String name; // constructors, getters/setters }
我们有一个App类，其中唯一的
主要方法包括：
-值为
23的 int类型的原始
id变量
-具有值
Jon的 String类型的
pName引用变量
-类型
人员的参考变量
p
如已经提到的，当调用一个方法时，将在堆栈的顶部创建一个存储区，在其中存储要存储该方法所需的数据。
在我们的例子中，这是对
person类的引用：对象本身存储在堆中，链接存储在堆栈中。 字符串的链接也被压入堆栈，字符串本身存储在字符串池的堆中。 原语直接存储在堆栈中。
要从堆栈上的
main（）方法使用
Person（String）参数调用构造函数，在上一个
main（）调用的顶部，将在堆栈上创建一个单独的框架，其中存储以下内容：
-
此 -链接到当前对象
-原始
ID值
-参考变量
personName ，它指向字符串池中的字符串。
调用构造函数后，将调用
setPersonName（） ，此后再次在堆栈上创建一个新框架，该框架中存储了相同的数据：对象引用，行引用，变量值。
因此，当执行
setter方法时，框架消失，堆栈被清除。 接下来，执行构造函数，清除为该构造函数创建的框架，然后
main（）方法完成其工作，并将其从堆栈中删除。
如果调用其他方法，则还将在这些特定方法的上下文中为它们创建新框架。
8.垃圾收集器
垃圾收集器正在堆上工作-这是一个在Java虚拟机上运行的程序，它摆脱了无法访问的对象。
不同的JVM可能具有不同的垃圾收集算法；也有不同的垃圾收集器。
我们将讨论最简单的收集器
Serial GC 。 我们要求使用
System.gc（）进行垃圾收集。
如上所述，堆分为两个区域：新一代和旧一代。
新一代（较年轻的一代）包括3个区域：
伊甸园 ，
幸存者0和
幸存者1 。
老一辈包括
终身制地区。
当我们用Java创建对象时会发生什么？
首先，物体落入
伊甸园 。 如果我们已经创建了许多对象，并且
Eden中没有更多空间，则垃圾收集器将触发并释放内存。 这就是所谓的
小型垃圾收集 -在第一遍中，它将清理
Eden区域并将“幸存”对象放入
Survivor 0区域。 因此，
伊甸园地区被完全释放。
如果碰巧再次填充了
Eden区域，则垃圾收集器将开始使用
Eden区域和
Survivor 0 （当前已被占用）工作。 清洗后，幸存的物体将掉入另一个区域-
幸存者1 ，另外两个将保持干净。 在随后的垃圾收集之后，
幸存者0将再次被选择为目标区域。 这就是为什么
幸存者区域之一始终为空很重要的原因。
JVM监视不断被复制并从一个区域移动到另一个区域的对象。 并且为了优化此机制，在一定阈值之后，垃圾收集器将此类对象移动到
Tenured地区。
当
Tenured中没有足够的空间容纳新对象时，将存在一个完整的垃圾收集
-Mark-Sweep-Compact 。
在该机制期间，确定不再使用哪些对象，清除这些对象的区域，并对使用
期限的存储
区进行碎片整理，即 依次填充必要的对象。
结论
在本文中，我们研究了Java语言的基本工具：JVM，JRE，JDK，JVM代码执行，编译，内存组织的原理和阶段，以及垃圾收集器的原理。