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Documentación de Java

¿Qué es la JVM?

La Java Virtual Machine

La JVM (Java Virtual Machine) es el motor que ejecuta programas Java. Es la razón por la que Java es "Write Once, Run Anywhere" (escribe una vez, ejecuta en cualquier lugar).

Cómo funciona Java

Código fuente (.java)
      ↓
   Compilador (javac)
      ↓
   Bytecode (.class)
      ↓
      JVM
      ↓
Instrucciones nativas del sistema operativo

1. Compilación

Ventana de terminal
javac MiPrograma.java

El compilador javac convierte código Java en bytecode (.class), un formato intermedio independiente de la plataforma.

2. Ejecución

Ventana de terminal
java MiPrograma

La JVM lee el bytecode y lo ejecuta.

¿Por qué bytecode?

El bytecode es un código intermedio que:

  1. Es independiente del sistema operativo: El mismo .class funciona en Windows, Linux, macOS.
  2. Puede optimizarse en tiempo de ejecución: La JVM analiza el código mientras se ejecuta y lo optimiza.
  3. Proporciona seguridad: La JVM valida el bytecode antes de ejecutarlo.

Componentes de la JVM

┌─────────────────────────────────────────┐
│           Java Virtual Machine          │
├─────────────────────────────────────────┤
│  Class Loader Subsystem                 │
│  (Carga clases .class)                  │
├─────────────────────────────────────────┤
│  Runtime Data Areas                     │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┐     │
│  │  Heap    │  Stack   │  Method  │     │
│  │  (objetos)│ (métodos)│  Area    │     │
│  └──────────┴──────────┴──────────┘     │
├─────────────────────────────────────────┤
│  Execution Engine                       │
│  ┌──────────┬──────────────────────┐    │
│  │Interpreter│  JIT Compiler        │    │
│  └──────────┴──────────────────────┘    │
├─────────────────────────────────────────┤
│  Garbage Collector                      │
│  (Gestión automática de memoria)        │
└─────────────────────────────────────────┘

Class Loader

Carga clases en memoria cuando se necesitan, no todas al inicio.

// La clase Usuario no se carga hasta que se usa
public void metodo() {
    Usuario usuario = new Usuario();  // Aquí se carga Usuario.class
}

Runtime Data Areas

Heap: Memoria para objetos. Compartida entre todos los threads.

Usuario usuario = new Usuario();  // Objeto creado en el heap

Stack: Pila de ejecución de cada thread. Almacena variables locales y llamadas a métodos.

public void metodo() {
    int x = 5;  // Variable local en el stack
}

Method Area: Metadatos de clases (estructura, métodos, campos).

Program Counter (PC): Instrucción actual del thread.

Native Method Stack: Para métodos nativos (código C/C++).

Execution Engine

Interpreter: Ejecuta bytecode línea por línea (lento).

JIT Compiler: Compila bytecode a código nativo en tiempo de ejecución para partes del código que se ejecutan frecuentemente (rápido).

La JVM decide automáticamente qué código compilar con JIT basándose en análisis en tiempo de ejecución.

JRE vs JDK

JRE (Java Runtime Environment)

Para ejecutar aplicaciones Java. Incluye:

  • JVM
  • Bibliotecas estándar

JDK (Java Development Kit)

Para desarrollar aplicaciones Java. Incluye:

  • JRE (JVM + bibliotecas)
  • Compilador (javac)
  • Herramientas de desarrollo (debugger, jar, etc.)
┌──────────────────────────┐
│          JDK             │
│  ┌────────────────────┐  │
│  │       JRE          │  │
│  │  ┌──────────────┐  │  │
│  │  │     JVM      │  │  │
│  │  └──────────────┘  │  │
│  └────────────────────┘  │
│  + javac, jar, etc.      │
└──────────────────────────┘

Implementaciones de JVM

Oracle HotSpot

JVM oficial de Oracle. La más usada.

OpenJDK HotSpot

Versión open source de HotSpot.

GraalVM

JVM moderna con:

  • Mejor rendimiento (compilador Graal)
  • Imágenes nativas (compilación AOT)
  • Soporte para otros lenguajes (Python, Ruby, JavaScript)

Eclipse OpenJ9

JVM de IBM/Eclipse. Usa menos memoria que HotSpot.

Versiones de Java

Versiones LTS (Long Term Support)

  • Java 8 (2014): Lambdas, Streams. Aún muy usada.
  • Java 11 (2018): Módulos, var, nuevas APIs.
  • Java 17 (2021): Records, sealed classes, pattern matching.
  • Java 21 (2023): Virtual threads, sequenced collections.

Release schedule

  • Nueva versión cada 6 meses
  • LTS cada 3 años (aproximadamente)

Recomendación 2026: Usa Java 21 para proyectos nuevos. Java 17 sigue siendo válido.

Ventajas de la JVM

  1. Portabilidad: El mismo bytecode funciona en cualquier sistema con JVM.
  2. Gestión automática de memoria: Garbage collector.
  3. Optimización en tiempo de ejecución: JIT compiler.
  4. Seguridad: Validación de bytecode, sandbox.
  5. Madurez: Décadas de optimizaciones y mejoras.

Lenguajes en la JVM

La JVM no solo ejecuta Java. También:

  • Kotlin: Lenguaje moderno compatible 100% con Java
  • Scala: Funcional y orientado a objetos
  • Groovy: Dinámico y scripteable
  • Clojure: Lisp funcional

Todos compilan a bytecode y pueden usar bibliotecas Java.

Próximo paso

Aprende cómo funciona la compilación y ejecución en Java: Compilación y ejecución →