Java为什么可以实现跨平台 甚至语言无关性。

本文介绍了Java语言跨平台的原因,即半编译半解释,通过JVM解释执行统一的.class文件实现。同时阐述了JVM的平台无关性和语言无关性,指出虚拟机和字节码存储格式是实现语言无关性的基础,非Java语言符合JVM规范也能在其上运行。

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java语言跨平台的原因:半编译,半解释

 

java代码不是直接运行在CPU上,而是运行在java虚机(简称JVM)上的。     java是先把 .java文件编译成二进制字节码的 .class文件,jvm就解释执行class文件。 因为.java文件编译后形成的.class文件是一致的 。不同的操作系统有对应不同的JVM,在各个系统对应的JVM上都可以被识别解释然后运行,所以可以实现跨平台(在UNIX用UNIX的jvm,在linux上用linux的jvm,在windows上用windows的jvm)

 

Java中(平台)无关性的基石

       如果计算机的cpu指令集只有x86,操作系统也只有windows一种,那么也许Java语言就不会出现。Java在刚刚诞生只是就曾经提出过一个非常著名的宣传口号:“一次编写 到处运行(Write Once, Run Anywhere)”,这句话充分表达了软件开发人员对冲破平台界限的渴求。在无时无刻不充满竞争的IT领域,不可能只有Wintel(微软公司的Windows和Intel公司的芯片结合,曾是业界做强大的联盟)存在,我们也不希望只有Wintel存在,各种不同的硬件体系结构和不同的操作系统肯定也会长期并存发展。“与平台无关性”的理想最终只能是现在操作系统的应用层上: Sun公司以及其他虚拟机提供商发布了许多可以运行在各种不同平台的虚拟机上,这些虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码,从而实现了程序的“一次编写,到处运行”。

     各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式---字节码(ByteCode)是构成平台无关性的基石,但本节标题中刻意省略了“平台”二字,那是因为壁纸注意到虚拟机的另一种中立特性-------语言无关性正越来越被开发者所重视。到目前为止,或许大部分程序员还认为Java虚拟机执行Java程序是一件理所当然和天经地义的事情。但在Java发布之初,设计者就曾经考虑过并实现了让其它语言运行在Java虚拟机之上的可能性,他们在发布规范文档的时候,也可以把Java规范拆分成了Java语言规范《The Java Language Specification》及Java虚拟机规范《The Java Virtual Machine Specification》。并且在1997年发布的第一版Java虚拟机规范中就曾经承诺过:“In the future, we will consider bounded extensions to the Java virtual machine to provide better support for other languages”(在未来,我们会对Java虚拟机进行适当的扩展,以便更好地支持其他语言运行在JVM之上)。当Java虚拟机发展到JDK 1.7~1.8 的时候,JVM设计者通过JSR-292基本兑现了这个承诺。

   时至今日,商业机构和开源机构已经在Java语言之外发展出一大批在Java虚拟机上运行的语言,如Clojure、Groovy、JRuby、Jython、Scala等。使用这些语言的开发者可能还不是很多。但是听说过的人肯定已经不少,随着时间的推移,谁能保证日后Java虚拟机在语言无关性的优势上不会赶上甚至超越他在平台无关性的优势呢?

   实现语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定。他至于“class文件” 这种特定的二进制文件格式所关联。Class文件中包含了Java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。基于安全方面的考虑,Java虚拟机规范要求在Class文件中使用许多强制性的语法和结构化约束。担任一门功能性语言都可以表示为一个能被Java虚拟机所接受的有效的Class文件。作为一个通用的、机器无关的执行平台,任何其他语言的是闲着都可以将Java虚拟机作为语言的产品交付媒介。例如,使用Java编译器 可以把Java代码便以为存储字节码的Class文件,使用JRuby等其他语言的编译器一样可以把程序代码编译成为存储字节码的Class文件,虚拟机并不关心Class的来源是何种语言,如图6-1所示。

      Java语言中的各种变量、关键字和运算符号的语义最终都是由多条字节码命令组合而成的,因此字节码命令所能提供的语意描述能力肯定会比Java语言更加强大。因此,有一些Java语言本身无法有效至此的语言特性不代表字节码本身无法有效支持,这也为其他语言实现一些有别与Java的语言特性提供了基础。

 

Java语言规范定义了什么是Java语言

JVM规范定义了什么Java虚拟机。

所以导致了Java语言和JVM的相对独立。非Java语言能够在JVM上面运行,说明该语言符合JVM规范。

JVM规范定义了二进制class文件和JVM指令

 

 

参考1:https://blog.youkuaiyun.com/banjing_1993/article/details/82349013

参考2:https://blog.youkuaiyun.com/wscrf/article/details/79729839

参考3: 深入理解JVM第六章

Java语言的跨平台性和安全性是通过Java虚拟机(JVM)来实现的。首先,让我们来深入理解这些概念。 参考资源链接:[JAVA程序设计分章节习题详解](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/v8jm3ujkiv) Java跨平台性,即可移植性,是Java设计的核心理念之一。Java程序在不同的操作系统上可以无需修改代码即可运行。这一特性得以实现关键在于Java编译和执行模式。当Java源代码编译后,它生成的是字节码,这是一种中间形式的代码,与平台无关。然后,当Java程序运行时,字节码被JVM加载并解释执行。由于JVM被设计为可以在不同操作系统上运行,因此只要在目标系统上安装了相应平台的JVMJava程序就可以运行,实现跨平台性。 至于安全性,Java采取了多重机制来确保运行环境的安全。首先,在编译阶段,Java编译器会对代码进行语法检查,确保代码的正确性。其次,在运行时,JVM会对加载的字节码进行进一步的验证,确保字节码符合Java虚拟机规范,同时执行动态链接来加载必要的类。最重要的是,JVM提供了安全管理机制,包括类加载器的沙箱模型,它限制了代码对系统资源的访问,防止恶意代码破坏系统安全。此外,Java提供了异常处理机制,使得程序能够在遇到错误时安全地进行异常处理和资源释放,避免系统崩溃。 总之,Java语言通过其独特的编译和运行模式,结合JVM跨平台执行能力和安全管理机制,实现了其在不同平台上的安全和可移植运行。对于希望深入学习Java语言的跨平台实现和安全特性的开发者来说,《JAVA程序设计分章节习题详解》一书提供了对Java语言概论的详细解读,包括虚拟机的工作原理、字节码的生成和执行过程、以及如何编写安全可靠的Java程序。这本书不仅详细解释了理论知识,还通过习题和案例加深理解,非常适合初学者和希望巩固基础知识的开发者。 参考资源链接:[JAVA程序设计分章节习题详解](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/v8jm3ujkiv)
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