北大青鸟老师讲解:Java基础：JVM(Java 虚拟机)的详细讲解

可能有很多学习Java的朋友还不知道Java的运行原理、Java虚拟机是怎么工作的，本文将为你详细讲解(JVM)Java 虚拟机。

　　在Java中引入了虚拟机的概念，即在机器和编译程序之间加入了一层抽象的虚拟的机器。这台虚拟的机器在任何平台上都提供给编译程序一个的共同的接口。编译程序只需要面向虚拟机，生成虚拟机能够理解的代码，然后由解释器来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中，这种供虚拟机理解的代码叫做字节码(ByteCode)，它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后变成字节码，字节码由虚拟机解释执行，虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器，解释器将其翻译成特定机器上的机器码，然后在特定的机器上运行。

　　可以说，Java虚拟机是Java语言的基础。它是Java技术的重要组成部分。Java虚拟机是一个抽象的计算机，和实际的计算机一样，它具有一个指令集并使用不同的存储区域。它负责执行指令，还要管理数据、内存和寄存器。Java解释器负责将字节代码翻译成特定机器的机器代码。Java是一种简单的语言。它用到的概念不多，而且多为程序员所熟悉。如果你是一名程序员，掌握Java对你来说是易如反掌的事。即使你没有学过任何编程语言，学习Java也要比学习C++要容易的多。

　　由于Java最初是为控制电子产品设计的，因此它必须简单明了。为了保证这种简单性，Java去掉了C++中许多复杂的、冗余的、有二义性的概念，例如操作符重载、多继承、数据类型自动转换等。为了将程序员从复杂的内存管理的负担中解脱出来，同时也是为了减少错误，Java使用了自动内存垃圾收集机制，程序员只要在需要的时候申请即可，不需要释放,而由Java自己来收集、释放内存中的无用的块。

　　与C++相比，Java有着更强的面向对象特性，是一种比较纯粹的面向对象语言。一般我们使用的一些所谓的面向对象的编程语言，如C++，Object Pascal等，实际上都是一种混合型的语言，即在过程式的语言中加上面向对象的扩展。在Java中，几乎万物皆对象，就连一些基本数据类型，如整型、字符型、浮点型等，在Java中都可以作为对象处理。Java的面向对象特性几乎可以与Smalltalk媲美，但是其适用于分布式计算环境的特性却远远超过了Smalltalk。

Java是一种支持分布式操作的程序设计语言。使用Java提供的URL类，用户可以象访问本地文件一样访问网络上的对象，使用非常方便。在客户机/服务器的模式下，Java还可以将运算从服务器端分散到客户端，提高系统的效率，避免了服务器的瓶颈制约。Java的网络类库支持分布式的编程。Socket类提供可靠的流式网络的连接，支持TCP/IP协议。通过编写协议句柄，程序员还可以扩充Java支持的协议集合。

　　Java提供非常有效的安全控制。由于Java应用于网络程序的开发，因而安全性变的至关重要。因为Java小程序需要下载到客户端解释执行，所以，如果没有安全控制，就会给一些网络黑客以可乘之机，这对用户来说是非常危险的。所幸的是，Java的安全机制可以有效的防止病毒程序的产生、下载程序对本地文件系统的破坏，以及网络黑客窃取密码和入侵。

　　Java是一种非常健壮的语言。因为在Java中使用了以下手段：

　　不支持指针。在C++程序中，指针的错误使用通常的程序中BUG的元凶。在Java中彻底去掉了指针，杜绝了内存的非法访问，从而保证了程序的可靠性。

　　强类型语言

　　自动内存垃圾收集机制。Java自动收集无用的内存单元，进而防止了由于内存泄漏导致的动态内存分配问题。

　　完善的异常处理机制，既简化了错误处理任务和恢复，也增加了程序的可读性。

　　Java具有非常好的平台无关性和可移植性。因为Java最初是为对电子产品编程而设计的，所以它具有完美的平台无关性。它使用一种与平台无关的代码──字节码，而不是通常的特定机器上的机器码，由平台上的Java虚拟机中的Java解释器解释执行。Java虚拟机是免费的，在许多平台上都有。

　　Java提供了良好的可移植性。使用Java作为编程语言，只要进行一次程序开发工作，所开发的程序不需要经过任何改动，便能在各种平台上运行。Java使用两种方法使Java的应用程序不依赖与具体的系统：

　　采用基于国际标准的数据类型。Java的原始数据类型在任何机器上都是一样的，例如整型总是32位，长整型总是64位等。

　　提供了一个用于访问底层操作系统功能的可扩展类库。

Java是一种高性能的语言。“鱼与熊掌不可兼得”，通常，健壮性、安全性、平台无关性、可移植性等方面的提高总是要以牺牲性能为代价的。Java也不例外，Java的内存管理增加了运行时系统的复杂性，因为Java运行时系统必须内嵌一个内存管理模块;同样，Java程序的解释执行的效率也要低于直接执行编译后的源码的效率。但是Java采用了一些很好的措施来弥补这些性能上的差距：

　　生成高效的字节码。Java字节码的设计充分考虑了性能的因素，字节码的格式简单，解释器可以生成高效的机器码。

　　提供了即时编译和嵌入C代码的可选措施。即时编译是指在运行时把字节码编译成机器码。支持多线程。Java提供了对多线程的语言级的接口，而且Java环境本身就是多线程的。

　　Java对多线程有良好的支持。多线程技术可以提高程序执行的并发度，提高图形用户界面的交互性能。Java提供了语言内置的多线程控制，简化了多线程应用程序的开发，还支持线程的同步控制。

　　Java是一种动态的语言。动态特性是面向对象特性的一个延伸，它使得程序能够适应不断变化的执行环境。Java的动态性主要表现在以下几个方面：

　　Java的类有运行时的表示，这样，即使在运行时刻，程序也能辨别类之间的关系和类型信息，可以动态的从本地或网上把一个类链接到运行系统中去。

　　Java的类在运行过程中动态的装载，因此，Java可以在分布式的环境中动态的维护应用程序和Java类库之间的一致性。当类库升级后，应用程序无需重新编译，也一样可以利用新类库中新增的功能。

　　支持动态数据类型和动态协议。通过编写协议句柄，Java可以支持新的、自定义的传输协议，编写内容句柄，可以支持新的数据类型。