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《Java 开发从入门到精通》—— 2.4 Java的运行机制

简介: Java语言是一种特殊的高级语言,它不但有解释性语言的特征,也有编译性语言的特征,我们需要先编译Java程序,然后解释运行Java程序。在本章2.2节的内容中,通过一段Java程序了解了编译并运行Java程序的基本方法。

本节书摘来异步社区《Java 开发从入门到精通》一书中的第2章,第2.4节,作者: 扶松柏 , 陈小玉,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.4 Java的运行机制

知识点讲解:光盘:视频PPT讲解(知识点)第2章Java的运行机制.mp4

Java语言是一种特殊的高级语言,它不但有解释性语言的特征,也有编译性语言的特征,我们需要先编译Java程序,然后解释运行Java程序。在本章2.2节的内容中,通过一段Java程序了解了编译并运行Java程序的基本方法。我们只是从表面上了解了Java程序的编译和运行流程,为了加深对Java的理解,在本节将从根本上讲解Java程序的运行机制。

2.4.1 编译型/解释型运行机制

高级语言有两种执行程序的方式,分别是编译型和解释型。

1.编译型

编译型的语言指使用专门的编译器、针对特定平台(操作系统)将某种高级语言源代码一次性“翻译”成可被该平台硬件执行的机器码(包括机器指令和操作数),并包装成该平台所能识别的可执行性程序的格式,这个转换过程称为编译(Compile)。编译后会生成一个可以脱离开发环境的可执行性程序,可以在很多特定的平台上独立运行。

有些程序编译结束后,还可能需要对其他编译好的目标代码进行链接,即组装两个以上的目标代码模块生成最终的可执行性程序,通过这种方式实现低层次的代码复用。

因为编译型语言是一次性地编译成机器码,所以可以脱离开发环境独立运行,而且通常运行效率较高;但因为编译型语言的程序被编译成特定平台上的机器码,因此编译生成的可执行性程序通常无法移植到其他平台上运行;如果需要移植,则必须将源代码复制到特定平台上,针对特定平台进行修改,至少也需要采用特定平台上的编译器重新编译。现有的C和C++等高级语言都属于编译型语言。

2.解释型

解释型语言是指使用专门的解释器对源程序逐行解释成特定平台的机器码并立即执行的语言,解释型语言通常不会进行整体性的编译和链接处理,解释型语言相当于把编译型语言中的编译和解释过程混合到了一起同时完成。可以认为:每次执行解释型语言的程序都需要进行一次编译,因此解释型语言的程序运行效率通常较低,而且不能脱离解释器独立运行。但解释型语言有一个优势:跨平台比较容易,只需提供特定平台的解释器即可,每个特定平台上的解释器负责将源程序解释成特定平台的机器指令即可。解释型语言可以方便地实现源程序级的移植,但这是以牺牲程序执行效率为代价的。现有的Ruby、Python等语言都属于解释型语言。

2.4.2 程序运行机制

Java语言比较特殊,由Java语言编写的程序必须经过编译步骤,但这个编译步骤并不会生成特定平台的机器码,而是生成一种与平台无关的字节码(也就是*.class文件)。当然这种字节码不是可执行性的,必须使用Java解释器来解释执行。正是因为此,可以认为Java既是一种编译型语言,也是一种解释型语言。

在Java语言中,负责解释执行字节码文件的是Java虚拟机,即JVM (Java Virtual Machine)。JVM是可运行Java字节码文件的虚拟计算机。所有平台上的JVM向编译器提供相同的编程接口,而编译器只需要面向虚拟机,生成虚拟机能理解的代码,然后由虚拟机来解释执行。在一些虚拟机的实现中,还会将虚拟机代码转换成特定系统的机器码执行,从而提高执行效率。

当使用Java编译器编译Java程序时,会生成与平台无关的字节码,这些字节码不面向任何具体平台,它只面向JVM。不同平台上的JVM都是不同的,但它们都提供了相同的接口。JVM是Java程序跨平台的关键部分,只要为不同平台实现了相应的虚拟机,编译后的Java字节码就可以在该平台上运行。由此可见,几乎不可能在不同的平台上运行相同的字节码程序,而只能通过中间的转换器JVM才可以实现。

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