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Java虛擬機(jī)是什么
什么是Java虛擬機(jī)
作為一個(gè)Java程序員，我們每天都在寫Java代碼，我們寫的代碼都是在一個(gè)叫做Java虛擬機(jī)的東西上執(zhí)行的。但是如果要問什么是虛擬機(jī)，恐怕很多人就會(huì)模棱兩可了。在本文中，我會(huì)寫下我對(duì)虛擬機(jī)的理解。因?yàn)槟芰λ蓿赡苡行┑胤矫枋龅牟粔蚯樊?dāng)。如果你有不同的理解，歡迎交流。
我們都知道Java程序必須在虛擬機(jī)上運(yùn)行。那么虛擬機(jī)到底是什么呢?先看網(wǎng)上搜索到的比較靠譜的解釋：
虛擬機(jī)是一種抽象化的計(jì)算機(jī)，通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的。Java虛擬機(jī)有自己完善的硬體架構(gòu)，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼(字節(jié)碼)，就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。
這種解釋應(yīng)該算是正確的，但是只描述了虛擬機(jī)的外部行為和功能，并沒有針對(duì)內(nèi)部原理做出說明。一般情況下我們不需要知道虛擬機(jī)的運(yùn)行原理，只要專注寫java代碼就可以了，這也正是虛擬機(jī)之所以存在的原因--屏蔽底層操作系統(tǒng)平臺(tái)的不同并且減少基于原生語言開發(fā)的復(fù)雜性，使java這門語言能夠跨各種平臺(tái)(只要虛擬機(jī)廠商在特定平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī))，并且簡(jiǎn)單易用。這些都是虛擬機(jī)的外部特性，但是從這些信息來解釋虛擬機(jī)，未免太籠統(tǒng)了，無法讓我們知道內(nèi)部原理。
從進(jìn)程的角度解釋JVM
讓我們嘗試從操作系統(tǒng)的層面來理解虛擬機(jī)。我們知道，虛擬機(jī)是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之中的，那么什么東西才能在操作系統(tǒng)中運(yùn)行呢?當(dāng)然是進(jìn)程，因?yàn)檫M(jìn)程是操作系統(tǒng)中的執(zhí)行單位。可以這樣理解，當(dāng)它在運(yùn)行的時(shí)候，它就是一個(gè)操作系統(tǒng)中的進(jìn)程實(shí)例，當(dāng)它沒有在運(yùn)行時(shí)(作為可執(zhí)行文件存放于文件系統(tǒng)中)，可以把它叫做程序。
對(duì)命令行比較熟悉的同學(xué)，都知道其實(shí)一個(gè)命令對(duì)應(yīng)一個(gè)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件，當(dāng)敲下這個(gè)命令并且回車后，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，加載對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行文件到進(jìn)程的地址空間中，并且執(zhí)行其中的指令。下面對(duì)比C語言和Java語言的HelloWorld程序來說明問題。
首先編寫C語言版的HelloWorld程序。
[cpp] view plain copy#include
#include
int main(void) {
printf("hello world
");
return 0;
}
編譯C語言版的HelloWorld程序：
[plain] view plain copygcc HelloWorld.c -o HelloWorld
運(yùn)行c語言版的HelloWorld程序：
[plain] view plain copyzhangjg@linux:/deve/workspace/HelloWorld/src$ ./HelloWorld
hello world
gcc編譯器編譯后的文件直接就是可操作系統(tǒng)識(shí)別的二進(jìn)制可執(zhí)行文件，當(dāng)我們?cè)诿钚兄星孟?./HelloWorld這條命令的時(shí)候， 直接創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程， 并且將可執(zhí)行文件加載到進(jìn)程的地址空間中， 執(zhí)行文件中的指令。
作為對(duì)比， 我們看一下Java版HelloWord程序的編譯和執(zhí)行形式。
首先編寫源文件HelloWord.java ：
[java] view plain copypublic class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("HelloWorld");
}
}
編譯Java版的HelloWorld程序：
[java] view plain copyzhangjg@linux:/deve/workspace/HelloJava/src$ javac HelloWorld.java
zhangjg@linux:/deve/workspace/HelloJava/src$ ls
HelloWorld.class HelloWorld.java
運(yùn)行Java版的HelloWorld程序：
[plain] view plain copyzhangjg@linux:/deve/workspace/HelloJava/src$ java -classpath . HelloWorld
HelloWorld
從上面的過程可以看到， 我們?cè)谶\(yùn)行Java版的HelloWorld程序的時(shí)候， 敲入的命令并不是 ./HelloWorld.class 。 因?yàn)閏lass文件并不是可以直接操作系統(tǒng)識(shí)別的二進(jìn)制可執(zhí)行文件 。 我們敲入的是java這個(gè)命令。 這個(gè)命令說明， 我們首先啟動(dòng)的是一個(gè)叫做java的程序， 這個(gè)java程序在運(yùn)行起來之后就是一個(gè)JVM進(jìn)程實(shí)例。
上面的命令執(zhí)行流程是這樣的：
java命令首先啟動(dòng)虛擬機(jī)進(jìn)程，虛擬機(jī)進(jìn)程成功啟動(dòng)后，讀取參數(shù)“HelloWorld”，把他作為初始類加載到內(nèi)存，對(duì)這個(gè)類進(jìn)行初始化和動(dòng)態(tài)鏈接(關(guān)于類的初始化和動(dòng)態(tài)鏈接會(huì)在后面的博客中介紹)，然后從這個(gè)類的main方法開始執(zhí)行。也就是說我們的class文件不是直接被系統(tǒng)加載后直接在cpu上執(zhí)行的，而是被一個(gè)叫做虛擬機(jī)的進(jìn)程托管的。首先必須虛擬機(jī)進(jìn)程啟動(dòng)就緒，然后由虛擬機(jī)中的類加載器加載必要的class文件，包括jdk中的基礎(chǔ)類(如String和Object等)，然后由虛擬機(jī)進(jìn)程解釋class字節(jié)碼指令，把這些字節(jié)碼指令翻譯成本機(jī)cpu能夠識(shí)別的指令，才能在cpu上運(yùn)行。
從這個(gè)層面上來看，在執(zhí)行一個(gè)所謂的java程序的時(shí)候，真真正正在執(zhí)行的是一個(gè)叫做Java虛擬機(jī)的進(jìn)程，而不是我們寫的一個(gè)個(gè)的class文件。這個(gè)叫做虛擬機(jī)的進(jìn)程處理一些底層的操作，比如內(nèi)存的分配和釋放等等。我們編寫的class文件只是虛擬機(jī)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)需要的“原料”。這些“原料”在運(yùn)行時(shí)被加載到虛擬機(jī)中，被虛擬機(jī)解釋執(zhí)行，以控制虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)我們java代碼中所定義的一些相對(duì)高層的操作，比如創(chuàng)建一個(gè)文件等，可以將class文件中的信息看做對(duì)虛擬機(jī)的控制信息，也就是一種虛擬指令。
編程語言也有自己的原理， 學(xué)習(xí)一門語言， 主要是把它的原理搞明白。 看似一個(gè)簡(jiǎn)單的HelloWorld程序， 也有很多深入的內(nèi)容值得剖析。
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