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java 虚拟机(Java Virtual Machine,JVM)是软件模拟的计算机,可以在任何处理器上(无论是在计算机中还是在其他电子设备中)安全并且兼容地执行保存在 .class 文件中的字节码。Java 程序的跨平台特性主要是指字节码文件可以在任何具有 Java 虚拟机环境的计算机或者电子设备上运行。Java 虚拟机中的 Java 解释器(java.exe)负责将字节码文件解释成为特定的机器码并执行。但是,Java 虚拟机的建立需要针对不同的软、硬件平台做专门的实现,既要考虑处理器的型号,也要考虑操作系统的种类。目前在 SPARC 结构、x86 结构、MIPS 和 PPC 等嵌入式处理芯片上,在 UNIX、Linux、Windows 和部分实时操作系统上都实现了 Java 虚拟机。
Java 编译程序将 Java 源程序(.java)翻译为 JVM 可执行的字节码(.class)。字节码其实就是二进制编码,也叫伪代码。这一编译过程同 C/C++ 语言的编译有所不同。当 C/C++ 语言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,以保证程序的正常运行。Java 编译器却不直接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动态创建内存布局,然后通过查表来确定一个方法所在的地址。这样就有效地保证了 Java 的可移植性。
字节码的执行需要经过 3 个步骤:首先由类装载器(class loader)负责把类文件(.class 文件)加载到 Java 虚拟机中,在此过程需要检验该类文件是否符合类文件规范;其次,字节码校验器(bytecode verifier)检查该类文件的代码中是否存在着某些非法操作,例如 Java 小程序中写本机文件系统的操作;最后,如果字节码校验器检验通过,才由 Java 解释器把该类文件解释成为机器码执行。Java 虚拟机采用的是“沙箱”运行模式,即把 Java 程序的代码和数据都限制在一定的内存空间里执行,不允许程序访问该内存空间外的内存,如果是 Java 小程序,还不允许访问客户端机器的文件系统。
在 Java 运行环境中,始终存在着一个系统级的线程,专门跟踪内存的使用情况,定期检测出不再使用的内存并自动回收,从而避免了内存的泄漏,也减轻了程序员的负担。 |
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