什么是JVM?Java跨平台的原理是什么?

Question

什么是JVM?Java跨平台的原理是什么?

Answer 1

首先我们要理解什么是跨平台，所谓的跨平台就是JAVA写的一份代码可以在任意的操作系统平台上运行。

为什么跨平台会成为一个问题呢？因为每一个操作系统平台支持不同的指令集我们所写的代码经过编译之后只能适用于一个平台，换一个平台就不支持了。而JAVA完美的解决了这个问题。

Java的一大特色就是“write once, run anywhere”即“一次编译，到处运行”。就是说你不用专门为每个平台写一份代码，你写的Java程序在任何平台都能跑起来。

它的实现原理是在系统层面上又增加了一层虚拟机（Java Virtual Machine，简称JVM），且为每个平台都定制了对应的虚拟机。然后Java程序是在虚拟机上跑的，因此平台无关。

Java的运行流程是：程序员写了源代码（Source Code，.java后缀，跨平台），然后经过编译器编译成字节码（Byte Code，.class后缀，二进制文件），字节码是所有虚拟机都能理解的中间文件。然后交给虚拟机（每个平台都有对应的虚拟机）去运行。

所以对“write once, run anywhere”更准确的理解是，“一次编译，到处装虚拟机，所以到处运行”。

整个流程如下图所示。

Answer 2

java virtual machine

Java跨平台的原理
Java的跨平台是通过Java虚拟机（JVM）来实现的。
Java源文件的编译过程
Java应用程序的开发周期包括编译、下载、解释和执行几个部分。Java编译程序将Java源程序翻译为JVM可执行代码—字节码。这一编译过程同C/C++的编译有些不同。当C编译器编译生成一个对象的代码时，该代码是为在某一特定硬件平台运行而产生的。因此，在编译过程中，编译程序通过查表将所有对符号的引用转换为特定的内存偏移量，以保证程序运行。Java编译器却不将对变量和方法的引用编译为数值引用，也不确定程序执行过程中的内存布局，而是将这些符号引用信息保留在字节码中，由解释器在运行过程中创建内存布局，然后再通过查表来确定一个方法所在的地址。这样就有效的保证了Java的可移植性和安全性。
Java解释器的执行过程
运行JVM字节码的工作是由解释器来完成的。解释执行过程分三步进行：代码的装入、代码的校验和代码的执行。装入代码的工作由“类装载器”（class loader）完成。类装载器负责装入运行一个程序需要的所有代码，这也包括程序代码中的类所继承的类和被其调用的类。当类装载器装入一个类时，该类被放在自己的名字空间中。除了通过符号引用自己名字空间以外的类，类之间没有其他办法可以影响其它类。在本台计算机上的所有类都在同一地址空间内，而所有从外部引进的类，都有一个自己独立的名字空间。这使得本地类通过共享相同的名字空间获得较高的运行效率，同时又保证它们与从外部引进的类不会相互影响。当装入了运行程序需要的所有类后，解释器便可确定整个可执行程序的内存布局。解释器为符号引用同特定的地址空间建立对应关系及查询表。通过在这一阶段确定代码的内存布局，Java很好地解决了由超类改变而使子类崩溃的问题，同时也防止了代码对地址的非法访问。
随后，被装入的代码由字节码校验器进行检查。校验器可发现操作数栈溢出，非法数据类型转换等多种错误。通过校验后，代码便开始执行了。
Java字节码的两种执行方式
1、即时编译方式：解释器先将字节码编译成机器码，然后再执行该机器码。
2、解释执行方式：解释器通过每次解释并执行一小段代码来完成Java字节码程 序的所有操作。
　　通常采用的是第二种方法。由于JVM规格描述具有足够的灵活性，这使得将字节码翻译为机器代码的工作具有较高的效率。对于那些对运行速度要求较高的应用程序，解释器可将Java字节码即时编译为机器码，从而很好地保证了Java代码的可移植性和高性能。
JVM规格描述
JVM的设计目标是提供一个基于抽象规格描述的计算机模型，为解释程序开发人员提供很好的灵活性，同时也确保Java代码可在符合该规范的任何系统上运行。JVM对其实现的某些方面给出了具体的定义，特别是对Java可执行代码，即字节码(Bytecode)的格式给出了明确的规格。这一规格包括操作码和操作数的语法和数值、标识符的数值表示方式、以及Java类文件中的Java对象、常量缓冲池在JVM的存储映象。这些定义为JVM解释器开发人员提供了所需的信息和开发环境。Java的设计者希望给开发人员以随心所欲使用Java的自由。
JVM是为Java字节码定义的一种独立于具体平台的规格描述，是Java平台独立性的基础。
Java程序执行与C/C++程序执行的对比分析
如果把Java源程序想象成我们的C++源程序，Java源程序编译后生成的字节码就相当于C++源程序编译后的80x86的机器码（二进制程序文件），JVM虚拟机相当于80x86计算机系统，Java解释器相当于80x86CPU。在80x86CPU上运行的是机器码，在Java解释器上运行的是Java字节码。
Java解释器相当于运行Java字节码的“CPU”，但该“CPU”不是通过硬件实现的，而是用软件实现的。Java解释器实际上就是特定的平台下的一个应用程序。只要实现了特定平台下的解释器程序，Java字节码就能通过解释器程序在该平台下运行，这是Java跨平台的根本。当前，并不是在所有的平台下都有相应Java解释器程序，这也是Java并不能在所有的平台下都能运行的原因，它只能在已实现了Java解释器程序的平台下运行。