Java程序运行机制

Java语言是一种特殊的高级语言,它既具有解释型语言的特征,也具有编译型语言的特征,因为Java程序要经过先编译,后解释两个步骤。

高级语言的运行机制

计算机高级语言按程序的执行方式可以分为编译型和解释型两种。编译型语言是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),编译生成的可执行性程序可以脱离开发环境,在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. C++, Objective-C. Swift. Kotlin等高级语言都属于编译型语言。

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变异性语言中的编译和解释过程混合到一起同时完成。

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的实现原程序的移至，但这是以牺牲程序的执行效率为代价。

Java程序的运行机制与JVM

Java语言比较特殊，由Java语言编写的程序需要经过编译步骤，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的，必须使用Java解释器来解释执行。因此可以认为：Java语言既是编译型语言，也是解释型语言。或者说，Java语言既不是纯粹的解释型语言，也不是纯粹的编译型语言。Java程序的执行过程必须经过编译，后解释两个步骤。

Java语言负责解释执行字节码文件的是JVM（Java Virtual Machine）虚拟机。JVM是可以运行Java字节码的虚拟机。所有的平台上的JVM想变一起提供相同的编程接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能够理解的代码，然后由虚拟机执行。在一些虚拟机的实现中，还会将一些虚拟机代码转换成特定系统的机器码执行，从而提高效率。

JVM的实现细节：

• 指令集
• 存储器
• 类文件的格式
• 栈
• 垃圾回收堆
• 存储区