打开《Java语言程序设计与应用》_从基础向熟练进发_1.1.4 Java 虚拟机

【摘要】 本书摘自《Java语言程序设计与应用》一书中第1章，第1节，由徐俊武编著。

1.1.4 Java 虚拟机

1.1.4.1 Java 虚拟机的基市概念

Java 虚拟机(Java Virtual Machine,JVM)是运行 Java 程序必不可少的机 制。编译后的Java程序指令不直接在硬件系统的 CPU 上执行，而是由JVM 执 行。JVM 是编译后的Java程序和硬件系统之间的接口，程序员可以把JVM 看 作虚拟的处理器。它不仅解释执行编译后的Java指令，而且还进行安全检查， 它是Java程序能在多平台间进行无缝移植的可靠保证，同时也是Java 程序的 安全检验引擎。

Java 虚拟机规范中给出了JVM 的定义：JVM 是在一台真正的机器上用软 件方式实现的一台假想机。 JVM 使用的代码存储在字节码文件(*.class)中。 JVM 的某些指令很像真正的 CPU 指令，包括算术运算、流控制和数组元素访 问等。

Java 虚拟机规范提供了编译所有Java代码的硬件平台。因为编译是针对 假想机的，所以该规范能让Java程序独立于平台。它适用于每个具体的硬件平 台，以保证能运行为JVM 编译的代码。 JVM 不但可以通过软件实现，而且可以 通过硬件实现。

JVM 的具体实现包括：指令集(等价于CPU 的指令集)、寄存器组、类文件 格式、栈、垃圾收集堆、内存区。

JVM 的代码格式为压缩的字节码，因而效率较高。由JVM 字节码表示的 程序必须保持原来的类型规定。 Java 主要的类型检查是在编译时由字节码校 验器完成的。 Java 的任何解释器必须能执行符合JVM 定义的类文件格式的任 何类文件。

Java 虚拟机规范对运行时数据区域的划分及字节码的优化不做严格的限 制，它们的实现依平台的不同而有所不同，JVM 的实现叫作Java 运行时系统或 运行时环境(running environment),简称为运行时。 Java 运行时必须遵从 Java 虚拟机规范，这样，Java编译器生成的类文件才可被所有Java运行时系统下载。嵌入了Java运行时系统的应用程序，就可以执行Java程序了。目前有许多操 作系统和浏览器都嵌入了Java 运行时环境。

1.1.4.2 Java 虚拟机的性能

Java 在问世之初，因其没有完全优化，并且是解释执行的，所有Java程序的 运行效率较低。同时，有着较长发展史、已非常成熟的C++ 语言仍在开发界扮 演着主要角色，人们往往拿 C++ 的性能效率与刚诞生的Java 相比较，这显然 失之偏颇。

Java 解释器经过不断优化，字节码的执行速度已有很大提高。另外，在字 节码执行之前可以先经过JIT(just-in-time)编译器进行编译，生成针对具体平 台的本机执行代码。它的执行效率比解释执行的效率有了很大提高。现在许多 厂商都提供JIT 编译器，这项技术已非常成熟。由于字节码与平台无关，所以经 过变异的Java仍不失跨平台的特点。

Hostpot 技术是Sun 公司推出的另一个有特色的技术。它提供对代码的运 行时选择，为的是从根本上解决Java 程序的效率问题。在程序执行时，Hostpot 对每个字节码指令进行分析，根据它的执行次数动态决定它的执行方式。比如， 一段指令需要多次重复执行，则立即编译为可执行代码，如果是只执行一次的简 单指令，且解释执行的效率更高，则使用解释执行的方式。有了这项技术，Java 的效率问题基本上可以得到解决。

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