Java虚拟机是什么

Java可以编写桌面应用程序、Web应用程序、分布式系统和嵌入式系统应用程序等。那么大家知道Java虚拟机是什么呢?下面一起来看看!

什么是Java虚拟机

作为一个Java程序员，我们每天都在写Java代码，我们写的代码都是在一个叫做Java虚拟机的东西上执行的。但是如果要问什么是虚拟机，恐怕很多人就会模棱两可了。在本文中，我会写下我对虚拟机的理解。因为能力所限，可能有些地方描述的不够欠当。如果你有不同的理解，欢迎交流。

我们都知道Java程序必须在虚拟机上运行。那么虚拟机到底是什么呢?先看网上搜索到的比较靠谱的解释：

虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码)，就可以在多种平台上不加修改地运行。

这种解释应该算是正确的，但是只描述了虚拟机的外部行为和功能，并没有针对内部原理做出说明。一般情况下我们不需要知道虚拟机的运行原理，只要专注写java代码就可以了，这也正是虚拟机之所以存在的原因--屏蔽底层操作系统平台的不同并且减少基于原生语言开发的复杂性，使java这门语言能够跨各种平台(只要虚拟机厂商在特定平台上实现了虚拟机)，并且简单易用。这些都是虚拟机的外部特性，但是从这些信息来解释虚拟机，未免太笼统了，无法让我们知道内部原理。

从进程的角度解释JVM

让我们尝试从操作系统的层面来理解虚拟机。我们知道，虚拟机是运行在操作系统之中的，那么什么东西才能在操作系统中运行呢?当然是进程，因为进程是操作系统中的执行单位。可以这样理解，当它在运行的时候，它就是一个操作系统中的进程实例，当它没有在运行时(作为可执行文件存放于文件系统中)，可以把它叫做程序。

对命令行比较熟悉的同学，都知道其实一个命令对应一个可执行的二进制文件，当敲下这个命令并且回车后，就会创建一个进程，加载对应的可执行文件到进程的地址空间中，并且执行其中的指令。下面对比C语言和Java语言的HelloWorld程序来说明问题。

首先编写C语言版的HelloWorld程序。

[cpp] view plain copy#include

#include

int main(void) {

printf("hello world

");

return 0;

}

编译C语言版的HelloWorld程序：

[plain] view plain copygcc HelloWorld.c -o HelloWorld

运行c语言版的HelloWorld程序：

[plain] view plain copyzhangjg@linux:/deve/workspace/HelloWorld/src$ ./HelloWorld

hello world

gcc编译器编译后的文件直接就是可操作系统识别的二进制可执行文件，当我们在命令行中敲下 ./HelloWorld这条命令的时候， 直接创建一个进程， 并且将可执行文件加载到进程的地址空间中， 执行文件中的指令。

作为对比， 我们看一下Java版HelloWord程序的编译和执行形式。

首先编写源文件HelloWord.java ：

[java] view plain copypublic class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("HelloWorld");

}

}

编译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

运行Java版的HelloWorld程序：

[plain] view plain copyzhangjg@linux:/deve/workspace/HelloJava/src$ java -classpath . HelloWorld

HelloWorld

从上面的过程可以看到， 我们在运行Java版的HelloWorld程序的时候， 敲入的命令并不是 ./HelloWorld.class 。 因为class文件并不是可以直接操作系统识别的二进制可执行文件 。 我们敲入的是java这个命令。 这个命令说明， 我们首先启动的是一个叫做java的程序， 这个java程序在运行起来之后就是一个JVM进程实例。

上面的命令执行流程是这样的：

java命令首先启动虚拟机进程，虚拟机进程成功启动后，读取参数“HelloWorld”，把他作为初始类加载到内存，对这个类进行初始化和动态链接(关于类的初始化和动态链接会在后面的博客中介绍)，然后从这个类的main方法开始执行。也就是说我们的.class文件不是直接被系统加载后直接在cpu上执行的，而是被一个叫做虚拟机的进程托管的。首先必须虚拟机进程启动就绪，然后由虚拟机中的.类加载器加载必要的class文件，包括jdk中的基础类(如String和Object等)，然后由虚拟机进程解释class字节码指令，把这些字节码指令翻译成本机cpu能够识别的指令，才能在cpu上运行。

从这个层面上来看，在执行一个所谓的java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程，而不是我们写的一个个的class文件。这个叫做虚拟机的进程处理一些底层的操作，比如内存的分配和释放等等。我们编写的class文件只是虚拟机进程执行时需要的“原料”。这些“原料”在运行时被加载到虚拟机中，被虚拟机解释执行，以控制虚拟机实现我们java代码中所定义的一些相对高层的操作，比如创建一个文件等，可以将class文件中的信息看做对虚拟机的控制信息，也就是一种虚拟指令。

编程语言也有自己的原理， 学习一门语言， 主要是把它的原理搞明白。 看似一个简单的HelloWorld程序， 也有很多深入的内容值得剖析。