Java虚拟机(JVM)及Java跨平台原理

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在 Java 语言白皮书上面有这样一段话:Java 是一种简单的,面向对象的,适用于网络应用的,平台无关的,解释的,健壮的,安全的,结构自然的,可移植的,高性能的,多线程的,动态的语言。

就单从平台无关这一点上面来说,就已经超越 C/C++ 一大截了。就比如说我们在 Windows 下面写出来的一段 Java 程序,换成 Linux,macOS 系统里面,一样可以正常运行并且输出相同的结果,但是这一点,换成 C/C++ 却很难办到。那么跨平台的特性,就是 JVM 决定的了。

JVM 的专业解释如下:

Java 虚拟机(Java Virtual Machine,简称 JVM)是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java 虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。JVM 屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使 Java 程序只需生成在 Java 虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM 在执行字节码时,实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

上面的解释看不懂也比较正常,本来不想把专业解释放上来的,想了想还是算了,毕竟还是要让大家对 JVM 有一点详细的认识。如果看不懂专业解释的话,我就用大白话给大家说:

JVM,也就是 Java 虚拟机,就是一个平台,包含于 JRE 的下面。当你需要执行某个 Java 程序时,由 JVM 帮你进行编译和执行。我们编写的 Java 源码,编译后会生成一种 .class 文件,称为字节码文件。Java 虚拟机就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码然后运行。

而且,如图 1 所示,JVM 分为很多个系统版本的,你编写好的 Java 程序,无论到哪个平台上,Windows 也好,Linux 也好,macOS 也好,只需要找到 JVM,便可以成功编译和执行。也就是说,只要在不同平台上安装对应的 JVM,就可以运行字节码文件,运行我们编写的 Java 程序。所以这也就是 Java 跨平台性良好,平台无关特性的来历。

而这个过程中,我们编写的 Java 程序没有做任何改变,仅仅是通过 JVM 这一”中间层“,就能在不同平台上运行,真正实现了”一次编译,到处运行“的目的。

JVM 是一个“桥梁”,是一个“中间件”,是实现跨平台的关键,Java 代码首先被编译成字节码文件,再由 JVM 将字节码文件翻译成机器语言,从而达到运行 Java 程序的目的。

注意:编译的结果不是生成机器码,而是生成字节码,字节码不能直接运行,必须通过 JVM 翻译成机器码才能运行。不同平台下编译生成的字节码是一样的,但是由 JVM 翻译成的机器码却不一样。

所以,运行 Java 程序必须有 JVM 的支持,因为编译的结果不是机器码,必须要经过 JVM 的再次翻译才能执行。即使你将 Java 程序打包成可执行文件(例如 .exe),仍然需要JVM的支持。

注意:跨平台的是 Java 程序,不是 JVM。JVM 是用 C/C++ 开发的,是编译后的机器码,不能跨平台,不同平台下需要安装不同版本的 JVM。


图 1  JVM 实现跨平台

本文标题:Java虚拟机(JVM)及Java跨平台原理

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