Java是编译语言还是解释语言？-编程知识-白鹭情

1.概述

编程语言根据其抽象级别进行分类。我们区分高级语言（Java，Python，JavaScript，C ++，Go），低级语言（汇编程序），最后是机器代码。

每个高级语言代码（例如Java）都需要转换为机器本地代码才能执行。该翻译过程可以是编译或解释。但是，还有第三种选择。试图利用两种方法的组合。

在本教程中，我们将探讨如何在多个平台上编译和执行Java代码。我们将研究一些Java和JVM设计细节。这些将帮助我们确定Java是编译，解释还是两者的混合。

2.编译与解释

让我们开始研究编译和解释编程语言之间的一些基本差异。

2.1。编译语言

编译器将编译语言（C ++，Go）直接转换为机器本机代码。

在执行之前，它们需要明确的构建步骤。这就是为什么每次更改代码时都需要重建程序。

编译语言往往比解释语言更快，更有效**。**但是，它们生成的机器代码是特定于平台的。

2.2。解释型语言

另一方面，在解释语言（Python，JavaScript）中，没有构建步骤。相反，解释器在执行程序时对程序的源代码进行操作。

曾经认为口译语言比编译语言要慢得多。但是，随着实时（JIT）编译的发展，性能差距正在缩小。但是，我们应该注意，JIT编译器在程序运行时将代码从解释语言转换为机器本地代码。

此外，我们可以在Windows，Linux或Mac等多个平台上执行解释后的语言代码。解释的代码与特定类型的CPU体系结构没有关联。

3.写一次即可在任何地方运行

Java和JVM在设计时考虑了可移植性。因此，当今大多数流行的平台都可以运行Java代码。

这听起来似乎暗示着Java是一种纯解释性语言。但是，在执行之前，需要将Java源代码编译为字节码。字节码是JVM固有的一种特殊机器语言. JVM在运行时解释并执行此代码。

是为支持Java的每个平台（而不是我们的程序或库）构建和定制的JVM。

现代JVM也具有JIT编译器。这意味着JVM在运行时优化我们的代码，以获得与编译语言相似的性能优势。

4. Java编译器

javac命令行工具将Java源代码编译成包含平台无关字节码的Java类文件：

$ javac HelloWorld.java

源代码文件带有.java后缀，而包含字节码的类文件则由生成。 class后缀。

Java是编译语言还是解释语言？

5. Java虚拟机

编译的类文件（字节码）可以由Java虚拟机（JVM）执行：

$ java HelloWorld Hello Java!

现在让我们更深入地研究JVM体系结构。我们的目标是确定在运行时如何将字节码转换为机器本机代码。

5.1。架构概述

JVM由五个子系统组成：

类加载器
JVM内存
执行引擎
本机方法接口和
本机方法库

Java是编译语言还是解释语言？

5.2。类加载器

JVM利用ClassLoader子系统将已编译的类文件带入**JVM内存**。

除加载外，ClassLoader还执行链接和初始化。那包括：

验证字节码是否存在安全漏洞
为静态变量分配内存
用原始引用替换符号内存引用
将原始值分配给静态变量
执行所有静态代码块

5.3。执行引擎

执行引擎子系统负责读取字节码，将其转换为机器本机代码并执行。

三个主要组件负责执行，包括解释器和编译器：

由于JVM与平台无关，因此它使用解释器执行字节码
JIT编译器通过将字节码编译为本地代码以重复方法调用来提高性能
垃圾收集器收集并删除所有未引用的对象

执行引擎利用本机方法接口（JNI）来调用本机库和应用程序。

5.4。实时编译器

解释器的主要缺点是，每次调用方法时，都需要解释，这可能比编译的本机代码慢。 Java使用JIT编译器来克服此问题。

JIT编译器不能完全替代解释器。执行引擎仍在使用它。但是，JVM根据调用方法的频率使用JIT编译器。

JIT编译器将整个方法的字节码编译为机器本机代码，因此可以直接重用。与标准编译器一样，生成中间代码，进行优化，然后生成机器本机代码。

探查器是JIT编译器的特殊组件，负责查找热点。 JVM根据运行时收集的性能分析信息来决定要编译的代码。

Java是编译语言还是解释语言？

这样的效果是，经过几个执行周期，Java程序可以更快地执行其工作。 JVM了解到热点后，便可以创建本机代码，从而使运行速度更快。

6.性能比较

让我们看一下JIT编译如何提高Java的运行时性能。

6.1。斐波那契性能测试

我们将使用一种简单的递归方法来计算第n个斐波那契数：

private static int fibonacci(int index) {

 if (index <= 1) {

 return index;

 }

 return fibonacci(index-1) + fibonacci(index-2);

 }

为了衡量重复方法调用的性能收益，我们将运行Fibonacci方法100次：

for (int i = 0; i < 100; i++) {

 long startTime = System.nanoTime();

 int result = fibonacci(12);

 long totalTime = System.nanoTime() - startTime;

 System.out.println(totalTime);

 }

首先，我们将正常编译并执行Java代码：

$ java Fibonacci.java

然后，我们将在禁用JIT编译器的情况下执行相同的代码：

$ java -Djava.compiler=NONE Fibonacci.java

最后，我们将在C ++和JavaScript中实现并运行相同的算法进行比较。

6.2。性能测试结果

让我们看一下运行Fibonacci递归测试后测得的平均性能（以纳秒为单位）：

使用JIT编译器的Java – 2726 ns –最快
没有JIT编译器的Java – 17965 ns –慢559％
没有O2优化的C ++ – 9435 ns –降低246％
具有O2优化的C ++ – 3639 ns –慢33％
JavaScript – 22998 ns –慢743％

在此示例中，使用JIT编译器， Java的性能提高了500％以上。但是，JIT编译器确实需要运行一些才能运行。

有趣的是，即使在启用O2优化标志的情况下编译C ++，Java的性能也比C ++代码好33％。不出所料，当仍然解释Java时， C ++在前几次运行中的性能要好得多。

Java还胜过与Node一起运行的等效JavaScript代码，后者也使用JIT编译器。结果显示性能提高了700％以上。主要原因是Java的JIT编译器启动速度更快。

7.要考虑的事情

从技术上讲，可以将任何静态编程语言代码直接编译为机器代码。也可以逐步解释任何编程代码。

与许多其他现代编程语言类似，Java使用编译器和解释器的组合。目标是利用两全其美，实现高性能和平台无关的执行。

在本文中，我们重点介绍了HotSpot中的工作方式。 HotSpot是Oracle默认的开源JVM实现。 Graal VM也基于HotSpot，因此适用相同的原理。

如今，最流行的JVM实现使用解释器和JIT编译器的组合。但是，其中一些可能使用其他方法。

8.结论

在本文中，我们研究了Java和JVM内部。我们的目标是确定Java是编译语言还是解释语言。我们探索了Java编译器和JVM执行引擎的内部结构。

基于此，我们得出结论， Java使用了两种方法的组合。

我们用Java编写的源代码在构建过程中首先被编译为字节码。然后，JVM解释生成的字节码以供执行。但是，JVM还在运行时使用JIT编译器来提高性能。