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java相关知识点
2025-10-28
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一. 什么是 Java SE 与 Java EE（Jakarta EE）#

Java 生态通常分为两个层次：Java SE（Standard Edition，标准版）与 Java EE（现更名为 Jakarta EE，企业版）。二者既有分工又有联系：SE 是基础语言与核心类库；EE 在 SE 之上提供企业级应用所需的规范与框架。

Java SE（Standard Edition）#

1. 定义与定位#

Java SE 是通用编程平台与标准库集合，是一切 Java 应用（桌面、服务器、移动、嵌入）的运行与开发基础。 它包含了支持 Java 应用程序开发和运行的核心类库以及虚拟机等核心组件，用于构建桌面应用程序或简单的服务器程序。

2. 核心组成（常见模块/包）#

  • 语言与运行时：java.base（java.lang、java.util、集合框架、并发 java.util.concurrent）、JVM、JIT、垃圾回收器。
  • I/O 与网络：java.io、java.nio、java.net、NIO2 文件与异步通道。
  • 反射与模块：java.lang.reflect、JPMS（Java Platform Module System，自 Java 9）。
  • 并发与并行：锁/原子类、ForkJoinPool、CompletableFuture。
  • 安全：加密、证书、权限模型（java.security）。
  • 其他：JDBC（数据库连接基础 API）、java.time、正则、国际化。
  • GUI：Swing、JavaFX（后独立发布，现代较少使用）。

3. 典型使用场景#

  • 控制台/后端工具
  • 桌面程序
  • 算法与数据结构实现
  • 网络编程
  • 通用库开发
  • 微服务运行基础（JVM & JDK）

4. 开发与运行#

  • 使用 JDK（工具链：javac、java、jlink、jpackage、javadoc 等）。
  • 通过 JPMS 实现模块化，可用 jlink 定制精简运行镜像。

Java EE / Jakarta EE（Enterprise Edition）#

2019 年起，Java EE 移交至 Eclipse 基金会并更名为 Jakarta EE。理念未变：在 Java SE 之上定义一组企业级规范，由各服务器实现。

1. 定义与定位#

Jakarta EE 是企业/分布式/事务应用的规范集合，抽象出标准接口，屏蔽底层容器差异，提升可移植性。

2. 核心规范（按层次）#

  • Web 层：Servlet、JSP/EL、WebSocket、JAX-RS（REST）。
  • 业务层：CDI（依赖注入）、EJB（事务组件）、Bean Validation。
  • 数据与事务：JPA（ORM）、JTA（分布式事务）。
  • 消息与集成：JMS（消息队列）、JCA（连接器）。
  • 安全与配置：Jakarta Security、Authentication、EE Config。
  • 其他：JSON-P/JSON-B、Mail、Batch、Concurrency（EE 并发）、Web Profile/Full Profile。

3. 运行载体（应用服务器）#

  • 典型实现：WildFly / JBoss EAP、Payara / GlassFish、Open Liberty、TomEE 等。
  • Web Profile：面向多数 Web 应用的子集（更轻量）。
  • Compatibility：通过 TCK 认证，保证“同一规范、不同服务器”的可移植性。

4. 典型使用场景#

  • 声明式事务、安全、消息、批处理、JPA ORM、REST 的企业后端。
  • 多团队协作、合规性与稳定性优先的传统企业系统。

二者关系与取舍#

1. 依赖关系#

Jakarta EE 建立在 Java SE 之上；EE 规范调用 SE 类库，运行于具备 EE 容器能力的服务器中。

2. 开发模型差异#

  • Java SE：自行选库、管理生命周期（main 方法），灵活但架构决策多。
  • Jakarta EE：由容器管理组件生命周期（依赖注入、事务、资源池），以规范驱动减少厂商锁定。

3. 与 Spring 的关系#

  • Spring/Spring Boot 属于第三方生态，运行在 Java SE/Jakarta EE 容器之上（如 Tomcat、Jetty、Undertow）。
  • 现代企业应用要么选 Jakarta EE（容器 + 规范），要么选 Spring（框架 + 生态），两者都基于 Java SE。

学习路径建议#

1. 打牢 Java SE 基础#

  • 语法与面向对象
  • 集合/泛型
  • I/O/NIO
  • 并发
  • JVM/垃圾回收/性能调优
  • 模块化、JDBC、java.time、异常处理、JUnit 单元测试。

2. 进阶企业开发#

  • Jakarta EE 主线：Servlet → CDI → JPA/JTA → JMS/安全 → 应用服务器部署（WAR/EAR）。
  • Spring 主线：Spring Core → MVC/WebFlux → Spring Data JPA → 事务与安全 → Spring Cloud。

常见打包与部署#

  • Java SE 应用：jar（含/不含依赖）、jlink 自定义镜像、GraalVM 原生镜像。
  • Jakarta EE 应用：
    • WAR：Web 应用（Servlet/REST）。
    • EAR：大型企业应用（模块化结构）。
    • 部署方式：部署至 EE 应用服务器，或通过 Docker/Kubernetes 容器化运行。

选择建议（实践角度）#

  • 偏工具/微服务/云原生：Java SE + 框架（如 Spring Boot 或轻量 JAX-RS + CDI + JPA）。
  • 偏传统企业/合规系统：Jakarta EE（Web Profile/Full Profile，容器托管）。
  • 考虑团队经验与生态：选用熟悉的技术栈，关注社区活跃度与维护成本。

易混点与纠正#

  • “Java EE 过时”：仅改名为 Jakarta EE，规范仍在演进。
  • “EE 必须用 EJB”：现代 EE 多用 CDI + JTA + JPA 组合，EJB 非必需。
  • “SE 做不了企业开发”：SE 是基础，企业能力取决于框架与架构设计。

对比一览表#

维度Java SEJava EE / Jakarta EE
定位基础语言与标准库企业级规范集合（建立在 SE 之上）
运行环境JRE/JDK、任意 JVMEE 容器 / 应用服务器
编程模型自主管理生命周期容器管理（DI、事务、资源）
关键能力集合、并发、I/O、JDBC 等Servlet、CDI、JPA、JTA、JMS、Security、Batch
打包方式JAR / 原生镜像WAR / EAR（部署至服务器）
适用场景工具、库、微服务基础事务密集、集成复杂的企业系统

总结#

  • Java SE 是一切的根基，提供语言、JVM 与标准类库，是所有 Java 技术栈的核心。
  • Jakarta EE（原 Java EE） 构建在 SE 之上，定义企业级规范（Web、事务、持久化、消息等），用于大规模分布式系统开发。
  • 现代开发更注重轻量化与灵活性，可根据团队经验与系统需求，在 Java SE 基础上选择 Spring 生态 或 Jakarta EE 规范体系。

二. JVM , JDK , JRE 详解#

一句话各自是啥#

  • JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）：运行 Java 字节码的“执行引擎”。及虚拟机，负责类加载、执行（解释+JIT）、内存管理、垃圾回收、线程调度等。
  • JRE（Java Runtime Environment，Java 运行时环境）：运行 Java 程序所需的“最小运行时”。= JVM + 标准类库（java.*/javax.* 等）+ 基础运行工具（如 java 启动器）。
  • JDK（Java Development Kit，Java 开发工具包）：面向开发者的“完整工具箱”。= JRE + 编译/调试/打包/诊断工具（javac、jar、javadoc、jdb、jlink、jpackage、jcmd、jfr…）。

直观关系：JDK ⊃ JRE ⊃ JVM

JVM（Java Virtual Machine）#

它是什么#

JVM 是运行 Java 字节码的虚拟机，屏蔽 OS/CPU 差异，让同一份 .class/.jar 跨平台运行（“一次编译，到处运行”的关键）。有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译，随处可以运行”的关键所在。

不同的语言，如Java ,Kotlin… ,通过各自的编译器编译成.class 文件，最终通过JVM 在不同的平台（Windows、Mac、Linux）上运行。

主要职责#

  • 类加载：加载 .class → 验证/准备/解析 → 初始化（<clinit>）。
  • 执行引擎：解释执行 + JIT（热点代码本地化）。
  • 内存管理与 GC：自动分配/回收。
  • 本地互操作：JNI 调用本地库。

核心组成（高频考点）#

  • 类加载子系统：启动/扩展/应用类加载器，双亲委派避免核心类被“假冒”。
  • 运行时数据区（以 HotSpot 为例）
    • 堆（Heap）：对象与数组；通常分年轻代/老年代（Eden+S0/S1）。
    • 方法区/元空间（Metaspace）：类元数据、常量池；JDK 8 起使用本地内存。
    • Java 栈（每线程）：栈帧=局部变量表+操作数栈+返回地址。
    • 程序计数器（PC）、本地方法栈（每线程）。
  • 执行引擎：解释器、C1/C2 JIT 或 Graal；分层编译兼顾启动/峰值性能。
  • 垃圾回收器：Serial、Parallel、CMS（历史）、G1、ZGC、Shenandoah。

GC 与调优只言片语#

  • 吞吐优先：Parallel GC。
  • 延迟敏感：G1 / ZGC / Shenandoah。
  • 常用参数：堆大小 -Xms/-Xmx、GC 选择 -XX:+UseG1GC、日志 -Xlog:gc* 等。

JRE（Java Runtime Environment）#

它是什么#

JRE = JVM + 标准类库 + 基础工具，用于运行 Java 应用。是运行已编译Java 程序所需的环境。

用途与现状#

  • 适合“只运行、不开发”的场景。
  • Java 11+：多数发行版不再单独提供 JRE 安装包；通常直接安装 JDK，或用 jlink 从 JDK 定制最小运行镜像（JRE 概念更像“运行时镜像”）。

JDK（Java Development Kit）#

它是什么#

JDK = JRE + 开发工具链，是开发/编译/调试/打包的必备套件。是一个功能齐全的Java开发工具包，供开发者使用，用于创建和编译java 程序，包含JRE和一些工具。

常用工具#

  • 编译与打包：javac(编译器)、jar(包)、javadoc(文档生成器)
  • 模块/镜像：jdeps（依赖分析）、jlink（裁剪运行时）、jpackage（生成系统安装包）
  • 诊断/运维：jcmd、jmap、jstack、jstat、jinfo、jconsole、JFR/JMC（Flight Recorder/Mission Control）

模块化（Java 9+）#

  • JDK 9 开始，不需要区分JDK和JRE的关系
  • JPMS 将平台拆成模块（如 java.base），配合 jlink 按需打包，缩小体积、提升安全与可维护性。

三者关系与边界#

层次与包含#

  • JVM：最核心的“执行引擎”。
  • JRE = JVM + 标准类库：可运行的 Java 环境。
  • JDK = JRE + 开发工具：面向开发/构建。

谁需要什么#

  • 运行应用：JRE/运行时镜像即可（现代生产多用 jlink 定制或直接用 JDK 基础镜像）。
  • 开发/编译：必须 JDK。

发行版与版本选择#

常见发行版#

  • 参考实现 OpenJDK/HotSpot；商业/社区发行：Temurin（Adoptium）、Amazon Corretto、Azul Zulu、Microsoft Build of OpenJDK、Oracle JDK 等。
  • 核心语言/类库/GC 实现一致（同版本线），主要差异在许可证、支持策略、补丁节奏与工具配套。

版本节奏（LTS）#

  • 典型 LTS：8、11、17、21（以及之后的 25…）。生产优先 LTS；非 LTS 用于试新特性/过渡。

实践建议：新项目优先 JDK 21 LTS，存量系统因依赖选择 17/11 并规划升级。

安装与环境配置#

查看版本#

Terminal window
java -version
javac -version

环境变量与多版本管理#

  • 设置 JAVA_HOME 指向 JDK 根目录；将 $JAVA_HOME/bin 加入 PATH。
  • 常用多版本工具：SDKMAN!（macOS/Linux）、jEnv、asdf；Windows 可用 scoop/choco 或 IDE 内置管理。

目录结构与常用命令（以 JDK 为例）#

  • 目录：
    • bin/：java、javac、jar、jcmd、jfr、jmap、jps、jstack…
    • lib/：标准模块与内部资源（Java 9+ 模块化）
  • 编译与运行：
    • javac Hello.java
    • java Hello 或 java -cp libs/*:. com.example.Main
  • 模块/依赖分析：jdeps your.jar
  • 生成精简运行镜像：
    • jlink --add-modules java.base,java.sql --output custom-runtime
  • JFR 性能剖析：
    • 启动：-XX:StartFlightRecording=filename=app.jfr,duration=1m
    • 现场：jcmd <pid> JFR.start / JFR.dump

版本兼容与编译目标#

  • 语言/字节码目标：--release 或 -source/-target 控制编译目标。

    • 例：在 JDK 21 上编译兼容 Java 17 运行时：javac --release 17 …

    📘 查看详细信息

    一、什么是字节码（Bytecode）#

    字节码是一种中间代码（Intermediate Code），介于源代码与机器码之间。 当你编写程序（例如 Java、Python、C# 等）后，编译器不会直接将源代码编译为特定硬件平台的机器码，而是先编译成字节码。 这些字节码由虚拟机（如 Java 虚拟机 JVM、.NET CLR、Python 解释器等）解释或即时编译（JIT）执行。

    举个例子：

    • Java 程序：.java 文件 → 编译成 .class 文件（字节码） → JVM 执行。
    • Python 程序：.py 文件 → 解释器生成 .pyc 文件（字节码） → Python 虚拟机执行。

    二、采用字节码的好处#

    1. 跨平台性（Portability）#

    字节码的最大优势之一是**“一次编译，到处运行”**。 例如 Java 的 JVM 可以在 Windows、Linux、macOS 上运行相同的 .class 文件，而不需要为每个平台重新编译。

    理由： JVM 负责将字节码转为不同平台的机器码，因此字节码本身与硬件体系无关。

    2. 安全性（Security）#

    虚拟机执行字节码时，可以：

    • 检查字节码是否合法（防止恶意代码执行非法操作）；
    • 限制访问系统资源（例如沙箱模型）；
    • 进行内存管理和异常处理。

    这让运行字节码的程序比直接执行机器码更安全。

    3. 高效的执行与优化#

    现代虚拟机通常内置 即时编译（JIT, Just-In-Time） 技术：

    • 将频繁执行的字节码动态编译为本地机器码；
    • 利用运行时信息进行优化（如内联、逃逸分析等）；
    • 在执行效率上接近甚至超过静态编译语言。

    4. 便于移植与调试#

    字节码是一种结构化、可分析的中间形式：

    • 它比机器码更容易反汇编与调试；
    • 有助于代码分析、性能监控、热更新等。

    5. 语言互操作性（Interoperability）#

    多个语言可以编译为同一种字节码并运行在同一个虚拟机上。 例如：

    • Kotlin、Scala、Groovy 都可以编译成 JVM 字节码；
    • C#、F#、VB.NET 都编译成 CLR 字节码。

    这样可以让不同语言共享同一运行时和库生态。

    三、总结#

    特性说明
    定义源代码与机器码之间的中间代码，由虚拟机执行
    执行环境JVM、CLR、Python VM 等
    主要优点跨平台、安全性高、可优化、易调试、语言互通
    典型应用Java、Python、.NET、Kotlin 等语言

    三、总结#

    特性说明
    定义源代码与机器码之间的中间代码，由虚拟机执行
    执行环境JVM、CLR、Python VM 等
    主要优点跨平台、安全性高、可优化、易调试、语言互通
    典型应用Java、Python、.NET、Kotlin 等语言

    如果你希望我举例展示 Java 或 Python 的字节码内容及其执行流程，我可以帮你生成具体代码示例。是否需要？

  • 前向/后向：classfile 版本 ≤ 运行时版本；否则会报 Unsupported class file version。

常见误区纠正#

  1. “JVM = JDK” ❌：JVM 只负责执行；JDK 还含编译/调试/打包/诊断工具。
  2. “装了 JRE 就能编译” ❌：编译需要 javac 等工具，只有 JDK 提供。
  3. “Java 11 以后没有 JRE 了” ❌：有“运行时”概念，但通常由 jlink 定制，不再单独分发传统 JRE。
  4. “OpenJDK 比 Oracle JDK 慢” ❌：现代版本核心实现对齐，差异主要在授权/支持；性能通常不构成选型障碍。
  5. “有 GC 就不会内存泄漏” ❌：GC 只能回收不可达对象；错误引用/缓存仍会“逻辑泄漏”。
  6. “GC 越新越好” ❌：需结合吞吐/延迟/内存与业务模型择优；G1 通用稳妥，ZGC/She 适合极低停顿场景。

落地选型与实践要点#

  • 开发/本地调试：用 JDK LTS（17/21）；熟悉 jcmd、jmap、jstack、JFR/JMC 做排障。
  • 生产部署：
    • 容器镜像优先选择官方/主流发行版的 headless 基础镜像。
    • 设定 -Xms/-Xmx、选择 GC、开启 -Xlog:gc* 做观测与调优。
    • 用 jlink 生成仅含必需模块的自包含运行镜像，降低体积与攻击面；保留必要诊断工具（如 jcmd/jfr）。

对比一览表#

维度JVMJREJDK
核心作用执行字节码运行 Java 应用开发/构建 Java 应用
是否含类库否是（标准类库）是（含 JRE + 工具）
是否含工具链否否是（编译/打包/诊断）
主要受众运行时本体运维/仅运行者开发者/构建者
典型命令—javajava、javac、jar、jlink、jcmd…

总结#

  • JVM：Java 的“引擎”，负责加载、执行与内存回收。
  • JRE：JVM + 标准类库，提供运行环境。
  • JDK：JRE + 开发工具，提供开发/构建能力。
  • 生产优先 LTS + 主流发行版，结合 jlink 精简与合适的 GC 选择，并用 JFR/JMC 持续观测与调优。
  • 需要的话，我也可以按你的具体场景（桌面应用、微服务、数据处理、低延迟交易等）给出版本/GC/参数的定制清单。
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作者
Kerwin
发布于
2025-10-28
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0
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