滚雪球学Java(45)：探秘Java Runtime类：深入了解JVM运行时环境

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环境说明：Windows 10 + IntelliJ IDEA 2021.3.2 + Jdk 1.8
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  在Java开发语言中，我们常常需要深入了解JVM运行时环境，以优化代码实现和提高性能。而Java Runtime类就是一个与JVM运行时环境相关的基础类。

  本文将深入探讨Java Runtime类的相关知识点，包括其概述、定义和作用、常用方法介绍、源代码、测试用例和全文总结。

前言

  在Java程序员日常的开发过程中，经常要与JVM（Java虚拟机）打交道，而JVM是Java程序运行的底层环境。而Java Runtime类就是Java程序与JVM沟通的重要途径之一。在本篇文章中，我们将对Java Runtime类进行深入的探讨，了解它的作用和使用方法。

摘要

  本文主要介绍Java Runtime类的作用和使用方法。内容包括：Java Runtime类的定义和作用、Java Runtime类的常用方法、Java Runtime类的测试用例等。通过阅读本文，读者将深入了解JVM运行时环境。

Java Runtime类

定义和作用

  Java Runtime类代表了Java程序的运行时环境，可以用来获取JVM的一些信息，比如JVM的版本号、运行时环境的内存情况等。Java Runtime类是一个单例类，即在一个Java虚拟机中只有一个实例，其实例可以通过调用静态方法Runtime.getRuntime()来获取。
  我们可以使用下面的代码获取Java Runtime实例：

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
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Java Runtime类用于管理JVM运行时环境，其常用功能包括：

• 控制JVM的堆大小；
• 启动和关闭JVM子进程；
• 获得JVM当前的内存使用情况。
  Java Runtime类包含了很多有用的方法，我们可以根据需要进行使用。

常用方法

Java Runtime类提供了很多有用的方法，下面简要介绍几个常用的方法：

1. availableProcessors()：返回JVM可用的处理器数目；
2. exec()：启动一个独立进程，并在此进程中执行指定的命令；
3. freeMemory()：返回JVM当前空闲的内存量；
4. totalMemory()：返回JVM当前总共可用的内存量；
5. gc()：强制执行垃圾回收；
6. exit()：强制结束JVM的运行；
7. addShutdownHook()：注册一个线程，在JVM关闭时执行。

下面对这些方法进行详细的介绍。

availableProcessors()

availableProcessors()方法返回JVM可用的处理器数目。例如，如果返回值为4，表示该JVM实例可以使用4个处理器。

int processors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
System.out.println("处理器数目：" + processors);
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exec()

exec()方法启动一个独立进程，并在此进程中执行指定的命令。

Process process = Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe");
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在Windows系统中，以上代码将会启动记事本编辑器。

freeMemory()

freeMemory()方法返回JVM当前空闲的内存量。

long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory();
System.out.println("空闲内存：" + freeMemory);
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totalMemory()

totalMemory()方法返回JVM当前总共可用的内存量。

long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
System.out.println("总共可用内存：" + totalMemory);
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gc()

gc()方法强制执行垃圾回收。

Runtime.getRuntime().gc();
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exit()

exit()方法强制结束JVM的运行。

Runtime.getRuntime().exit(0);
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以上代码将会在JVM运行结束时返回0。

addShutdownHook()

addShutdownHook()方法注册一个线程，在JVM关闭时执行。

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
    System.out.println("JVM正在关闭...");
}));
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以上代码将会在JVM关闭时打印一条信息。

优缺点分析

  Java Runtime类是Java程序中一个非常重要的类，它提供了许多与Java虚拟机（JVM）相关的方法和接口，可以用于控制JVM的行为。

优点：

1. 运行时环境：Java Runtime类允许程序访问到当前JVM运行状态的信息，从而可以根据这些信息来做出相应的处理，使得程序更灵活、更高效。

2. 内存管理：Java Runtime类提供了一些功能强大的内存管理工具，如垃圾回收器和内存分配器，可以帮助程序更有效地使用JVM中的内存资源。

3. 程序控制：Java Runtime类提供了许多与程序控制相关的方法，如启动新的进程、杀死进程和设置进程环境变量等，可以使程序更方便地实现进程间通信和操作系统资源的管理。

缺点：

1. 学习门槛高：Java Runtime类是Java语言中的高级特性，需要用户具备相应的Java编程知识和经验。

2. 需要花费额外的时间和精力：使用Java Runtime类需要编写额外的代码并进行调试和测试，这会增加开发成本和复杂度。

应用场景

如下是场景的应用场景，同学们可以一借参考：

1. 内存管理：Java Runtime类可以用于控制JVM的垃圾回收机制，以及优化程序的内存分配和释放，特别是在大型、复杂的应用程序中，这一点非常重要。

2. 程序控制：Java Runtime类可以用于启动新进程、杀死进程或与其他程序进行通信，这在分布式应用程序和多进程应用程序中都非常有用。

3. 系统监控：Java Runtime类可以用于监视JVM的运行状态、内存使用情况、线程和进程信息等，可以帮助程序员更好地了解和调试应用程序的行为。

源码解析

  以下是Java Runtime类的部分源代码，可以帮助我们进一步深入了解Java Runtime类的实现机制。

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    private Runtime() {}

    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    public native int availableProcessors();

    public Process exec(String command) throws IOException {
        // TODO
    }

    public native long freeMemory();

    public native long totalMemory();
    
    public native long maxMemory();

    public native void gc();

    public void exit(int status) {
        // TODO
    }

    public void addShutdownHook(Thread hook) {
        // TODO
    }
}
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  具体大家可以去java.lang包下的Runtime类中再仔细琢磨下，这里我就大概带过，具体如何使用可以看如下测试用例。

源码截图如下：

测试用例

  以下是Java Runtime类的测试用例，可以帮助我们进一步了解Java Runtime类的使用方法。

测试代码

测试代码如下，仅供参考：

package com.demo.javase.day45;

import java.io.IOException;

/**
 * 演示 Java-Runtime类
 *
 * @author bug菌
 * @version 1.0
 * @date 2023/10/10 14:14
 */
public class TestRuntime {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 返回JVM可用的处理器数目
        int processors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        System.out.println("处理器数目：" + processors);

        // 启动记事本编辑器
        Process process = Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe");

        // 返回JVM当前空闲的内存量
        long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory();
        System.out.println("空闲内存：" + freeMemory);

        // 返回JVM当前总共可用的内存量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("总共可用内存：" + totalMemory);

        // 强制执行垃圾回收
        Runtime.getRuntime().gc();

        // 强制结束JVM的运行
        Runtime.getRuntime().exit(0);

        // 注册一个线程，在JVM关闭时执行
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
            System.out.println("JVM正在关闭...");
        }));
    }
}
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测试结果

执行如上测试用例，结果如下：

同样，记事本也被直接启动了：

        // 启动记事本编辑器
        Process process = Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe");
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示例截图如下：

代码解析

  上面这段代码是 Java 中使用 Runtime 类的示例，Runtime 类是一个单例类，它代表了当前 Java 应用程序的运行时环境。该类提供了一些方法可以获取处理器数目、可用内存等系统信息，以及执行系统命令、强制进行垃圾回收等操作。

具体来说，代码中使用了以下方法：

1. Runtime.getRuntime().availableProcessors() 返回 JVM 可用的处理器数目。
2. Runtime.getRuntime().exec("notepad.exe") 启动记事本编辑器。
3. Runtime.getRuntime().freeMemory() 返回 JVM 当前空闲的内存量。
4. Runtime.getRuntime().totalMemory() 返回 JVM 当前总共可用的内存量。
5. Runtime.getRuntime().gc() 强制执行垃圾回收操作。
6. Runtime.getRuntime().exit(0) 强制结束 JVM 的运行，并指定退出状态码为 0。
7. Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {...})) 注册一个线程，在 JVM 关闭时执行。

  可以看出，Runtime 类提供了一些有用的方法，可以帮助开发者更好地了解和管理当前 Java 应用程序的运行时环境。

小结

  本篇文章介绍了Java Runtime类的作用和使用方法，包括Java Runtime类的定义和作用、Java Runtime类的常用方法、Java Runtime类的测试用例等。通过本文的学习，读者可以更深入的了解JVM运行时环境，进而更好地进行Java程序开发。

附录源码

  如上涉及所有源码均已上传同步在「Gitee」，提供给同学们一对一参考学习，辅助你更迅速的掌握。

总结

  Java Runtime类是Java程序与JVM沟通的重要途径之一，通过Java Runtime类的方法可以获取JVM的一些信息，还可以运行垃圾回收器等。掌握Java Runtime类的使用方法，有助于程序员更好地进行Java程序开发。

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