JVM、JRE 和 JDK 的区别

1. 概述

本文旨在厘清 JVM、JRE 和 JDK 三者之间的区别，从它们的组成结构和实际用途出发，帮助开发者建立清晰的认知。这三者是 Java 开发生态的基石，理解它们的关系，能让你在部署、调优甚至踩坑时更加得心应手。

简单粗暴地说：

• JDK 是开发者的工具箱，包含了写代码、编译、调试所需的一切。
• JRE 是运行环境，普通用户安装它就能跑 Java 程序。
• JVM 是核心引擎，真正执行字节码的地方。

下面逐个拆解。

2. JVM（Java 虚拟机）

Java 虚拟机（JVM）是执行 Java 程序的虚拟机实现。

它不直接执行 Java 源码，而是加载由 javac 编译生成的字节码（.class 文件），然后解释或编译执行。JVM 是一个抽象的计算机器，拥有自己的指令集，并在运行时管理多个内存区域。

JVM 的主要组件包括：

• ✅ 类加载器（Class Loaders）
• ✅ 运行时数据区（Run-Time Data Areas）
• ✅ 执行引擎（Execution Engine）
• ✅ Java 原生接口（JNI）
• ✅ 原生库（Native Libraries）

2.1. 类加载器（Class Loaders）

类加载器负责加载、验证和链接字节码。这是 JVM 启动时的首要任务。它确保类的字节码符合 JVM 规范，防止恶意代码注入。

我们有专门的文章深入探讨 类加载器机制，这里不再赘述。

2.2. 运行时数据区（Run-Time Data Areas）

JVM 定义了多个内存区域用于程序运行。这些区域有的随 JVM 启动而创建，有的则随线程创建而分配。

方法区（Method Area）

方法区用于存储类的元数据，比如：

• ✅ 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
• ✅ 字段和方法数据
• ✅ 方法和构造器的字节码
• ✅ 完全限定的类名

这个区域在 JVM 启动时创建，所有线程共享。在早期版本中，它被称为“永久代”（PermGen），后来被元空间（Metaspace）取代。内存不必连续。

堆区（Heap Area）

堆是所有对象实例和数组的分配区域。垃圾回收器（GC）主要管理的就是堆内存。

堆内存分为三个部分：

• Eden 区：新生代的一部分。新创建的对象通常分配在此。
• Survivor 区：也是新生代的一部分。存放经过一次 Minor GC 后仍然存活的对象。
• Tenured 区（老年代）：存放长期存活的对象。当对象在新生代中经历了多次 GC 仍存活，就会被晋升到老年代。

堆区在 JVM 启动时创建，所有线程共享。内存不必连续。

虚拟机栈（Stack Area）

每个线程私有的内存区域，以栈帧（Stack Frame）的形式存储：

• ✅ 局部变量表（Local Variable Array）
• ✅ 操作数栈（Operand Stack）——用于存放中间计算结果
• ✅ 栈帧数据（Frame Data）——包含返回地址、异常表引用等

每个方法调用都会创建一个栈帧，方法执行完毕后出栈。内存不必连续。

程序计数器（PC Registers）

每个线程都有独立的 PC 寄存器，记录当前正在执行的字节码指令地址。如果当前方法是本地方法（native），则此值为 undefined。

本地方法栈（Native Method Stacks）

用于支持 JVM 调用本地方法（如 C/C++ 编写的代码）。它通常被称为“C 栈”。每个线程私有，不共享。

2.3. 执行引擎（Execution Engine）

执行引擎负责执行字节码，主要包含三部分：

解释器（Interpreter）

逐行解释执行字节码。优点是启动快，缺点是执行效率低。频繁调用的方法会被反复解释，性能堪忧。

即时编译器（JIT Compiler）

为了解决解释器的性能瓶颈，JVM 引入了 JIT（Just-In-Time）编译器。

• ✅ JIT 会监控方法的调用频率。
• ✅ 当某个方法被频繁调用（称为“热点方法”），JIT 会将其字节码编译为本地机器码。
• ✅ 编译在后台线程进行，不阻塞主线程。
• ✅ 编译后的代码执行速度大幅提升。

这就是为什么 Java 程序运行一段时间后性能会“起飞”的原因。

垃圾回收器（Garbage Collector）

GC 负责自动管理堆内存：

• ✅ 找出不再使用的对象（垃圾）
• ✅ 回收其占用的内存

GC 是一个守护线程。虽然可以通过 System.gc() 建议 JVM 执行 GC，但具体何时执行由 JVM 决定，不要依赖它！

2.4. Java 原生接口（JNI）

JNI 是 Java 代码与本地代码（如 C/C++）交互的桥梁。

• ✅ 允许 Java 调用本地方法（如操作系统 API）
• ✅ 也允许本地代码回调 Java 方法

在需要高性能计算或访问平台特有功能时非常有用。

2.5. 原生库（Native Libraries）

平台相关的库文件，包含本地方法的具体实现。例如，libjava.so（Linux）或 java.dll（Windows）。

3. JRE（Java 运行时环境）

JRE 是运行 Java 程序所需的软件集合。

它包含：

• ✅ 一个 JVM 实现
• ✅ 运行 Java 程序所需的核心类库
• ✅ 配置属性文件

换句话说，JRE = JVM + 核心类库 + 配置。

3.1. 启动类（Bootstrap Classes）

位于 jre/lib/ 目录下，也称为启动类路径（bootstrap classpath）。包含：

• rt.jar：核心运行时类（如 java.lang.*, java.util.*）
• i18n.jar：国际化支持
• charsets.jar：字符集转换
• 其他基础类库

由启动类加载器加载。

3.2. 扩展类（Extension Classes）

位于 jre/lib/ext/ 目录（注意：Java 9+ 已废弃），也称为扩展类路径。

• jfxrt.jar：JavaFX 运行时
• localedata.jar：区域数据支持

开发者可以将自己的 JAR 包放入此目录，自动被加载。

3.3. 属性配置（Property Settings）

JRE 使用这些配置文件维护平台设置，位于 jre/lib/ 及其子目录：

• calendar.properties：日历配置
• logging.properties：日志配置
• net.properties：网络配置
• deploy/：部署属性
• management/：管理属性

3.4. 其他文件

• jre/lib/security：安全管理
• jre/lib/applet：Applet 支持类
• jre/lib/fonts：字体文件

4. JDK（Java 开发工具包）

JDK 是用于开发、编译、调试和运行 Java 程序的完整工具包。

它包含：

• ✅ JRE（所以能运行程序）
• ✅ 一系列开发工具

4.1. 基础工具

开发的基石工具：

工具	用途
javac	编译 Java 源码为字节码
java	启动 Java 程序
javadoc	从源码生成 API 文档
jar	打包 JAR 文件
jdb	命令行调试器
javap	反编译 class 文件，查看字节码
extcheck	检查 JAR 版本冲突

4.2. 安全工具

管理密钥、证书和安全策略：

• keytool：管理密钥库（keystore），生成密钥对和证书
• jarsigner：对 JAR 文件进行数字签名
• policytool：配置安全策略文件

Kerberos 相关工具（用于网络认证）：

• kinit：获取 Kerberos 票据
• klist：查看本地票据缓存
• ktab：管理密钥表

4.3. 国际化工具

• native2ascii：将本地字符编码的文件转换为 ASCII 或 Unicode 转义序列，解决乱码问题。

4.4. RMI 工具

支持远程方法调用，开发分布式应用：

• rmic：生成远程对象的存根（stub）和骨架（skeleton）
• rmiregistry：启动 RMI 注册中心
• rmid：启动激活系统守护进程
• serialver：查看类的序列化版本 UID

4.5. Java IDL 和 RMI-IIOP 工具

支持 CORBA 分布式计算：

• idlj：将 OMG IDL 文件编译为 Java 代码
• orbd：提供对象请求代理服务
• tnameserv：命名服务
• servertool：管理持久化服务器

4.6. Java 部署工具

• pack200：压缩 JAR 文件（使用更高效的压缩算法）
• unpack200：解压 pack200 文件

4.7. Java 插件工具

• htmlconverter：将包含 Applet 的 HTML 页面转换为 Java 插件兼容格式。

4.8. Java Web Start 工具

• javaws：通过浏览器一键下载并启动 Java 应用程序，无需安装。

4.9. 监控与管理工具

性能调优必备！

• jconsole：图形化监控工具（内存、线程、GC 等）
• jps：列出本机所有 Java 进程（类似 ps）
• jstat：监控 JVM 统计信息（GC、类加载等）
• jstatd：远程监控 JVM

4.10. 故障排查工具

线上问题定位利器（部分为实验性工具）：

• jmap：打印堆内存映射或详细信息（可生成 heap dump）
• jstack：打印 Java 线程的堆栈跟踪（排查死锁、CPU 飙高）
• jinfo：查看或修改 JVM 启动参数
• jsadebugd：作为调试服务器附加到 Java 进程

5. 总结

三者关系一图流：

JDK
├── JRE
│   ├── JVM
│   │   ├── 类加载器
│   │   ├── 运行时数据区
│   │   ├── 执行引擎
│   │   └── ...
│   ├── 核心类库 (rt.jar 等)
│   └── 配置文件
├── javac, java, jar, javadoc ...
├── keytool, jarsigner ...
└── jconsole, jmap, jstack ...

• ✅ 开发 Java？装 JDK。
• ✅ 运行 Java？装 JRE（现在通常直接装 JDK 也行）。
• ✅ 执行字节码？靠 JVM。

理解这三者的层次关系，能让你在搭建环境、分析问题时少走弯路。比如，线上服务 CPU 飙高，你可以用 jstack（JDK 工具）抓取线程栈；内存溢出，用 jmap 生成 dump 分析。这些都是 JDK 赋予开发者的“超能力”。