Проще всего понять о чем говорим посмотреть на эту картинку. Более подробно в этом телеграмм-канале
JDK (Java Development Kit) - включает в себя Java Development Tools и среду выполнения Java - JRE (Java Runtime Environment).
JDT (Java development tools) - включают в себя около 40 различных инструментов: javac (компилятор), java (лаунчер для приложений), javap (java class file disassembler), jdb (java debugger) и др.
JRE - это пакет всего необходимого для запуска скомпилированной Java-программы. Включает в себя виртуальную машину JVM и библиотеку классов Java Class Library.
Резюмируем. Есть JDK для ведения разработки, которое содержит JRE и интсрументы разработки (тот же компилятор и дебаггер). Дальше сам JRE содержит какую-то JVM и библиотеку непонятных классов
JVM (Java Virtual Machine) - программа предназначенная для выполнения байт-кода. Благодрая которой, Java может работать на всех платформах. Раньше программы писали под определенную платформу, а теперь можно написать на Java и работать программа будет везде. Собственно JVM существует масса как комерческих, так и с открытым исходным кодом. А для чего пишется столько различных JVM? Нуу... Чтобы на какой-нибудь операционке работало быстрее, так же можно написать свою JVM для каких-либо своих целей
Что делает? Отвечает за загрузку классов, выполнение байт-кода, управление памятью и очисткой мусора (знаменитый сборщик мусора)
А что за байт-код? Когда мы компилирует программу мы получаем на выходе файлы с расширением .class. Это и есть файлы с байт-кодом
Есть вопрос гораздо интереснее, а как это файлы JVM находит? Что за сущность, которая говорит JVM: "О смотри что нашел, тебе нужно?". Сие носит название как Class loader
Загрузчики классов - это классы, часть JVM, они отдают классы в JVM, а дальше она делает с классами что захочет, но перед этим классы должны быть загружены. Загружаются классы не все разом, а по мере необходимости
1) Bootstrap classloader загружает основные библиотеки Java, расположенные в папке <JAVA_HOME>/jre/lib. Этот загрузчик является частью ядра JVM, написан на нативном коде (C, C++). Когда JVM загружает классы из rt.jar, она не выполняет все этапы проверки, которые выполняются при загрузке любого другого класс-файла т.к. JVM изначально известно, что все эти классы уже проверены. Поэтому, включать в этот архив какие-либо свои файлы не стоит, в отличие от наших классов, их JVM проверяет
2) Extension classloader загружает код в каталоги расширений (<JAVA_HOME>/jre/lib/ext, или любой другой каталог, указанный системным свойством java.ext.dirs). Если нужно, чтобы какой-то класс загружался каждый раз при старте Java машины, можешь скопировать исходный файл класса в эту папку, и он будет автоматически загружаться
3) System classloader загружает код, найденный в java.class.path, который сопоставляется с переменной среды CLASSPATH. Это реализуется классом sun.misc.Launcher$AppClassLoader.
Загрузчик классов выполняет в строгом порядке:
1) загрузка - находит и импортирует двоичные данные для типа.
2) связывание - выполняет проверку, подготовку и (необязательно) разрешение.
3) проверка - обеспечивает правильность импортируемого типа.
4) подготовка - выделяет память для переменных класса и инициализация памяти значениями по умолчанию.
5) разрешение - преобразует символические ссылки из типа в прямые ссылки.
6) инициализация - вызывает код Java, который инициализирует переменные класса их правильными начальными значениями.
Немного о проверке корректности .class
Файл скомпилированного класса (.class) содержит дополнительную информацию о классе: имя, модификаторы, супер-класс, супер-интерфейсы, поля, методы и атрибуты
1) происходит чтение класс-файла, т.е проверка корректности формата
2) создается представление класса в Constant pool (Meta space, область памяти для такого рода делов)
3) грузятся супер-классы и супер-интерфейсы. Если они не будут загружены, то и сам класс не будет загружен
Загрузчик классов написан на Java. Поэтому возможно создать свой собственный загрузчик классов, не понимая тонких деталей JVM. У каждого загрузчика классов Java есть родительский загрузчик классов, определенный при создании экземпляра нового загрузчика классов или в качестве системного загрузчика классов по умолчанию для виртуальной машины
Java нужно как-то интерпретировать байт-код, для этого есть угадайте что, интерпретатор, работает он быстро, но его недостатком является медленное выполнение. Если функция выполняется много раз он каждый раз заново компилирует байт-код в машинный код. Такую проблему решает JIT
JIT (just in time) - компилятор, который использует интерпретатор когда увидит функцию, использующую несколько раз. Т.е. интерпретатор видит повторяющийся код => отдает его на съедение JIT, а после использует сразу скомпилированный код от JIT (нативный код) и ему не нужно заново компилировать байт-код
JVM использует множество областей памяти для работы, одни области сооздаются при запуске программы и работают пока она не закончится, другие существуют поменьше
1) Heap (куча) - создается при запуске и работает пока программа не завершится. В ней хранятся объекты доступные для всех потоков из всех участков программы (не нужные объекты чистит сборщик мусора). Может быть фиксированного размера и определяться по мере выполнения программы
2) Run-Time Constant Pool - область хранения класса или интерфейса в рантайме. Хранит информацию о классе, константы (числовые литералы, ссылки на методы и поля)
3) Native Method Stacks - стеки для поддержки нативных методов, написанных не на Java
4) Java Virtual Machine Stacks - стек для потоков, т.е. каждый поток имеет свой стек. Стеки могут быть как фиксированного размера, так и динамически изменяться
5) Program Counter Register (PCR) - каждый поток имеет такую область памяти, в ней хранится адрес инструкции на которой поток завершился, чтобы потом начать с этой инструкции
Frame - новый frame создается каждый раз, когда вызывается метод. Frame уничтожается, когда завершается вызов метода. Соответсвенно раз фрэйм создается для создания метода, каждый фрейм имеет свои константы, локальные переменные. А фрейм, который выполняетсяв данный момент называется текущим, т.к. работать может только один фрейм во всей программе.
Каждый frame содержит ссылку на run-time constant pool для поддержки динамического связывания метода. Динамическое связывание загружает классы по мере необходимости. Позднее связывание методов и переменных вносит изменения в другие классы, которые метод использует с меньшей вероятностью нарушить этот код.
Почитать о том как я проходил собеседования, об IT и жизни можешь в этом телеграмм-канале
