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JVM系列第3讲:到底什么是虚拟机?原创

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我们都知道在 Windows 系统上一个软件包装包是 exe 后缀的,而这个软件包在苹果的 Mac OSX 系统上是无法安装的。类似地,Mac OSX 系统上软件安装包则是 dmg 后缀,同样无法在 Windows 系统上安装。

为什么不同系统上的软件无法安装,这是因为操作系统底层的实现是不一样的。对于 Windows 系统来说,exe 后缀的软件代码最终编译成 Windows 系统能识别的机器码。而 Mac OSX 系统来说,dmg 后缀的软件代码最终编译成 Mac OSX 系统能识别的代码。

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系统软件无法通用是一个常见的问题。但使用过 Java 的同学都知道,Java 代码可以在服务端(Linux 系统)运行,也可以在 Windows 系统运行,但我们并没有生成多份不同的代码。所以 Java 语言是如何做到的呢?

与其他语言不同,Java 语言并不直接将代码编译成与系统有关的机器码,而是编译成一种特定的语言规范,这种语言规范我们称之为字节码。无论 Java 程序要在 Windows 系统,还是 Mac OSX 系统,抑或是 Linux 系统,它首先都得编译成字节码文件,之后才能运行。

但即使编译成字节码文件了,各个系统还是无法明白字节码文件的内容,这时候就需要 Java 虚拟机的帮助了。Java 虚拟机会解析字节码文件的内容,并将其翻译为各操作系统能理解的机器码。

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简单地说,对于同样一份 Java 源码文件,我们编译成字节码之后,无论是 Linux 系统还是 Windows 系统都不认识。这时候 Java 虚拟机就是一个翻译官,在 Linux 系统上翻译成 Linux 机器码给 Linux 系统听,在 Windows 系统上翻译成 Windows 机器码给 Windows 系统听。这样一来,Java 就实现了「Write Once,Run Anywhere」的伟大愿景了。

在 Java 虚拟机还没出现之前,为了支持软件在不同系统上运行,我们必须在多个平台写多份代码,分别对应特定的系统。但 Java 虚拟机出现之后,你只需要按照特定规范编译书写,编译器编译成字节码文件后,虚拟机会帮你将字节码生成对应的 Windows Code 和 Mac Code。本质上最终还是会生成 Windows Code 和 Mac Code 两份机器代码,但对于开发人员来说,却只需要写一次代码了。Java 虚拟机帮开发人员承担了重复的工作,让开发效率更高了。

很多初学者关于 Java 虚拟机有一个误区,他们会觉得 Java 虚拟机只能运行 Java 代码。但实际上 Java 虚拟机运行的是字节码文件。换句话说,如果你用 php 语言写一段代码,并自己用特定编译器能生成符合字节码规范的字节码文件,那么 Java 虚拟机也是可以运行的。

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所以虽然名字是 Java 虚拟机,但 Java 虚拟机与 Java 语言没有直接关系,它只按照 Java 虚拟机规范去读取 Class 文件,并按照规定去解析、执行字节码指令,仅此而已。

如果你够牛逼,你完全可以写一个编译器,将 PHP 语言代码编译成符合 Java 虚拟机规范的字节码文件,那么 Java 虚拟机也是可以执行的。

准确地说,Java 虚拟机与字节码文件(Class文件)绑定。

最后,让我们回顾一下,到底什么是虚拟机?其实 Java 虚拟机就是一个字节码翻译器,它将字节码文件翻译成各个系统对应的机器码,确保字节码文件能在各个系统正确运行。

参考资料

https://www.javaworld.com/article/3272244/core-java/what-is-the-jvm-introducing-the-java-virtual-machine.html
https://www.dummies.com/programming/java/what-is-a-java-virtual-machine/

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