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Java虛擬機是什么
什么是Java虛擬機
作為一個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叫做Java虛擬機的東西上執(zhí)行的。但是如果要問什么是虛擬機，恐怕很多人就會模棱兩可了。在本文中，我會寫下我對虛擬機的理解。因為能力所限，可能有些地方描述的不夠欠當(dāng)。如果你有不同的理解，歡迎交流。
我們都知道Java程序必須在虛擬機上運行。那么虛擬機到底是什么呢?先看網(wǎng)上搜索到的比較靠譜的解釋：
虛擬機是一種抽象化的計算機，通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實現(xiàn)的。Java虛擬機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)平臺相關(guān)的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標(biāo)代碼(字節(jié)碼)，就可以在多種平臺上不加修改地運行。
這種解釋應(yīng)該算是正確的，但是只描述了虛擬機的外部行為和功能，并沒有針對內(nèi)部原理做出說明。一般情況下我們不需要知道虛擬機的運行原理，只要專注寫java代碼就可以了，這也正是虛擬機之所以存在的原因--屏蔽底層操作系統(tǒng)平臺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(只要虛擬機廠商在特定平臺上實現(xiàn)了虛擬機)，并且簡單易用。這些都是虛擬機的外部特性，但是從這些信息來解釋虛擬機，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。我們知道，虛擬機是運行在操作系統(tǒng)之中的，那么什么東西才能在操作系統(tǒng)中運行呢?當(dāng)然是進(jìn)程，因為進(jìn)程是操作系統(tǒng)中的執(zhí)行單位。可以這樣理解，當(dāng)它在運行的時候，它就是一個操作系統(tǒng)中的進(jìn)程實例，當(dāng)它沒有在運行時(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。
對命令行比較熟悉的同學(xué)，都知道其實一個命令對應(yīng)一個可執(zhí)行的二進(jìn)制文件，當(dāng)敲下這個命令并且回車后，就會創(chuàng)建一個進(jìn)程，加載對應(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)識別的二進(jìn)制可執(zhí)行文件，當(dāng)我們在命令行中敲下 ./HelloWorld這條命令的時候， 直接創(chuàng)建一個進(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， 我們在運行Java版的HelloWorld程序的時候， 敲入的命令并不是 ./HelloWorld.class 。 因為class文件并不是可以直接操作系統(tǒng)識別的二進(jìn)制可執(zhí)行文件 。 我們敲入的是java這個命令。 這個命令說明， 我們首先啟動的是一個叫做java的程序， 這個java程序在運行起來之后就是一個JVM進(jìn)程實例。
上面的命令執(zhí)行流程是這樣的：
java命令首先啟動虛擬機進(jìn)程，虛擬機進(jìn)程成功啟動后，讀取參數(shù)“HelloWorld”，把他作為初始類加載到內(nèi)存，對這個類進(jìn)行初始化和動態(tài)鏈接(關(guān)于類的初始化和動態(tài)鏈接會在后面的博客中介紹)，然后從這個類的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，而是被一個叫做虛擬機的進(jìn)程托管的。首先必須虛擬機進(jìn)程啟動就緒，然后由虛擬機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cpu能夠識別的指令，才能在cpu上運行。
從這個層面上來看，在執(zhí)行一個所謂的java程序的時候，真真正正在執(zhí)行的是一個叫做Java虛擬機的進(jìn)程，而不是我們寫的一個個的class文件。這個叫做虛擬機的進(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文件只是虛擬機進(jìn)程執(zhí)行時需要的“原料”。這些“原料”在運行時被加載到虛擬機中，被虛擬機解釋執(zhí)行，以控制虛擬機實現(xiàn)我們java代碼中所定義的一些相對高層的操作，比如創(chuàng)建一個文件等，可以將class文件中的信息看做對虛擬機的控制信息，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。 看似一個簡單的HelloWorld程序， 也有很多深入的內(nèi)容值得剖析。
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