Java Core

Java Core

Что такое программа

Любая программа это набор инструкций, которые выполняет процессор или его микропрограмма. Эти инструкции называются машинным кодом. Они показывают процессору откуда взять данные, что с ними сделать и куда поожить результат. Hello world на машинном языке выглядел бы как набор цифр и букв, набор инструкций зависит от реализации конкретного процессора и унифицируется на уровне операционных систем(созданием виртуального процесора с универсальным набором инструкций).

Появление и развитие языка программирования

1. Чтобы было проще запоминать машинные коды для каждого кода придумали мнемоники. Так появился язык Asembler и код стал немного понятнее.

2. Затем появились языки высокого уровня которые оперируют простыми словами, а специальные программы - компеляторы и интерпретаторы приводили их в машинный код.

3. Следующим этапом развития стало компиляция языка программирования не напрямую в машинный код, а сначала в промежуточный байт-код, по этому пути пошли разработчики java и dotNet'a.

• Разработчики Java создали концепцию JVM - java virtual machine - виртуальная машина, которая может исполнять bytecode скомпелированный из java кода. Создав реализацию такой виртуальной машины для разных платформ, мы получили возможность писать на джаве для любой платформы.

• Разработчики из дотнета пошли другим путем и создали clr - common language runtime если разработчики джава были сосредоточены только на языке джава, то clr был создан для возможности писать на разных языках в пределах одного решения но при этом все ставки делались только на windows.

В настоящее время обе команды пересмотрели свою концепцию: в jvm появилась поддержка в том числе и других языков, а для дот нета почвилась платформа Mono которая позволяет запускать C# практически на любом устройстве.

Что такое JVM?

JVM состоит из:

• Class Loader, загружающего файлы с байт кодом в память;
• виртуальная память, куда все это загружается;
• движок, который исполняет и оптимизирует код;
• дополнительные интерфейсы и библиотеки для работы с нативным кодом (кодом написанном на c/c++/assembler'e).

Class Loader

Различают 3 вида:

• bootstrap - загружает все стандартные классы Java, т.е. все которые содержатся в пакетах java.lang, java.net и т.д.;
• extension - загружает классы из дополнительных библиотек, которые стаятся вместе с jdk и jre;
• application - загружает классы из  classpath папок, которые может настроить сам разработчик.

JVM Memory - виртуальная память

• Method Area, metaspace - здесь хранятся все статичные структуры и сам код, эта область является частью Heap(кучи)
• Heap - большая область памяти в которой хранятся все создаваемые объекты, она выделяется сразу при запуске и делится между всеми основными потоками. Здесь обычно происходят основные утечки память и здесь же работает garbage collector(уборщик мусора). GC - собирает информацию о данных которые больше не используются и пытается их удалить.
• Stack - более емкая область памяти, которая создается при создании потока, у каждого потока свой стек. Стек устроен по принципу первый вошел последний вышел(FILO). Для каждого вызываемого метода в стеке создается frame, набор именнованных параметров которые хранит переменные созданные в этом методе, промежуточные результаты и итоговый результат который возвращается через return. После выполнения метода его фрейм извлекается из стека и происходит переход к фрейму метода который был положен в стек перед ним, те тот метод который вызывал данный метод.
• PC Registers - содержат указатели на внутренние инструкции самой java.
• Native Method Stack - стек для нативных методов.

Движок

• JIT - just-in-time компилятор - оптимизирует уже скомпелированный байт код
• Интерпретатор который исполняет скомпелированный байт код

JRE

JVM + java библиотеки

JDK

JRE + инструменты разработчика + компилятор