Java跨平台的原理

Java的跨平台是通過Java虛擬機器（JVM）來實現的。
      Java源檔案的編譯過程
             Java應用程式的開發週期包括編譯、下載、解釋和執行幾個部分。Java編譯器將Java來源程式翻譯為JVM可執行代碼—位元組碼。這一編譯過程同C/C++的編譯有些不同。當C編譯器編譯產生一個對象的代碼時，該代碼是為在某一特定硬體平台運行而產生的。因此，在編譯過程中，編譯器通過查表將所有對符號的引用轉換為特定的記憶體位移量，以保證程式運行。Java編譯器卻不將對變數和方法的引用編譯為數值引用，也不確定程式執行過程中的記憶體布局，而是將這些符號引用資訊保留在位元組碼中，由解譯器在運行過程中建立記憶體布局，然後再通過查表來確定一個方法所在的地址。這樣就有效保證了Java的可移植性和安全性。
       Java解譯器的執行過程
              運行JVM位元組碼的工作是由解譯器來完成的。解釋執行過程分三步進行：代碼的裝入、代碼的校正和代碼的執行。裝入代碼的工作由“類裝載器”（class loader）完成。類裝載器負責裝入運行一個程式需要的所有代碼，這也包括程式碼中的類所繼承的類和被其調用的類。當類裝載器裝入一個類時，該類被放在自己的名字空間中。除了通過符號引用自己名字空間以外的類，類之間沒有其他辦法可以影響其它類。在本台電腦上的所有類都在同一地址空間內，而所有從外部引進的類，都有一個自己獨立的名字空間。這使得本地類通過共用相同的名字空間獲得較高的運行效率，同時又保證它們與從外部引進的類不會相互影響。當裝入了運行程式需要的所有類後，解譯器便可確定整個可執行程式的記憶體布局。解譯器為符號引用同特定的地址空間建立對應關係及查詢表。通過在這一階段確定代碼的記憶體布局，Java很好地解決了由超類改變而使子類崩潰的問題，同時也防止了代碼對地址的非法訪問。
              隨後，被裝入的代碼由位元組碼校正器進行檢查。校正器可發現運算元棧溢出，非法資料類型轉換等多種錯誤。通過校正後，代碼便開始執行了。
      Java位元組碼的兩種執行方式
            1、即時編譯方式：解譯器先將位元組碼編譯成機器碼，然後再執行該機器碼。
        2、解釋執行方式：解譯器通過每次解釋並執行一小段代碼來完成Java位元組碼程 序的所有操作。
　　通常採用的是第二種方法。由於JVM規格描述具有足夠的靈活性，這使得將位元組碼翻譯為機器代碼的工作具有較高的效率。對於那些對運行速度要求較高的應用程式，解譯器可將Java位元組碼即時編譯為機器碼，從而很好地保證了Java代碼的可移植性和高效能。
      JVM規格描述
             JVM的設計目標是提供一個基於抽象規格描述的電腦模型，為解釋程式開發人員提供很好的靈活性，同時也確保Java代碼可在符合該規範的任何系統上運行。JVM對其實現的某些方面給出了具體的定義，特別是對Java可執行代碼，即位元組碼(Bytecode)的格式給出了明確的規格。這一規格包括作業碼和運算元的文法和數值、標識符的數值表示方式、以及Java類檔案中的Java對象、常量緩衝池在JVM的儲存映象。這些定義為JVM解譯器開發人員提供了所需的資訊和開發環境。Java的設計者希望給開發人員以隨心所欲使用Java的自由。
            JVM是為Java位元組碼定義的一種獨立於具體平台的規格描述，是Java平台獨立性的基礎。
      Java程式執行與C/C++程式執行的對比分析
             如果把Java來源程式想象成我們的C++來源程式，Java來源程式編譯後產生的位元組碼就相當於C++來源程式編譯後的80x86的機器碼（二進位程式檔案），JVM虛擬機器相當於80x86電腦系統，Java解譯器相當於80x86CPU。在80x86CPU上啟動並執行是機器碼，在Java解譯器上啟動並執行是Java位元組碼。
             Java解譯器相當於運行Java位元組碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬體實現的，而是用軟體實現的。Java解譯器實際上就是特定的平台下的一個應用程式。只要實現了特定平台下的解譯器程式，Java位元組碼就能通過解譯器程式在該平台下運行，這是Java跨平台的根本。當前，並不是在所有的平台下都有相應Java解譯器程式，這也是Java並不能在所有的平台下都能啟動並執行原因，它只能在已實現了Java解譯器程式的平台下運行。