Java 程序語言的運行機制

Java 是一門高級語言，它既包含解釋型語言的特征， 也具有編譯型語言的特征。因為 Java 應(yīng)用程序是需要先經(jīng)過編譯，再進行解釋兩個步驟。

解釋型和編譯型

計算機按照程序的執(zhí)行方式可以分為解釋型和編譯型。

解釋型語言（Interpreted language）

這種類型的編程語言，會將代碼一句一句直接運行，不需要像編譯語言（Compiled language）一樣，經(jīng)過編譯器先行編譯為機器代碼，之后再運行。這種編程語言需要利用解釋器，在運行期，動態(tài)將代碼逐句解釋（interpret）為機器代碼，或是已經(jīng)預(yù)先編譯為機器代碼的子程序，之后再運行。

理論上，任何編程語言都可以是編譯式，或解釋型的。它們之間的區(qū)別，僅與程序的應(yīng)用有關(guān)。許多編程語言同時采用編譯器與解釋器來實現(xiàn)，其中包括 Lisp，Ruby，JavaScript 與 Python。JAVA 及 C# 采用混合方式，先將代碼編譯為字節(jié)碼，在運行時再進行解釋。

編譯型語言（Compiled language）

這類型的編程語言，通過編譯器來實現(xiàn)。它不像解釋型語言一樣，由解釋器將代碼一句一句運行，而是以編譯器，先將代碼編譯為機器代碼，再加以運行。理論上，任何編程語言都可以是編譯式，或直譯式的。它們之間的區(qū)別，僅與程序的應(yīng)用有關(guān)。

兩者的優(yōu)缺點

一般而言，用編譯語言寫成的程序，在運行期的運行速度，通常比用解釋型語言寫的程序快。因為程序在編譯期，已經(jīng)被預(yù)先編譯成機器代碼，可以直接運行，不用像解釋型語言一樣，還要多一道直譯程序。

但是要先進行編譯，之后才能運行程序，這也造成了編譯語言的缺點。一般而言，編譯語言的程序開發(fā)速度，以及調(diào)試時間，都是比較長的。因為它不像解釋型語言可以寫完一行，或一小段程序之后，馬上運行，馬上調(diào)試。解釋型語言通常讓程序開發(fā)的整體時間變少，在開發(fā)過程中，程序開發(fā)人員也可以更彈性、快速的測試自己的想法。

為了改善編譯語言的效率而發(fā)展出的即時編譯技術(shù)，已經(jīng)縮小了這兩種語言間的差距。這種技術(shù)混合了編譯語言與解釋型語言的優(yōu)點，它像編譯語言一樣，先把程序源代碼編譯成字節(jié)碼。到運行期時，再將字節(jié)碼直譯，之后運行。Java 與 LLVM 是這種技術(shù)的代表產(chǎn)物。

Java 的運行機制和 JVM

Java 語言相對于獨立的解釋型和編譯型， 又有一些不一樣。區(qū)別在于編程器編譯的不是最終可以運行的機器語言， 而是能夠運行在 Java 虛擬機 （ JVM: Java Virtual Machine）中的字節(jié)碼。Java 虛擬機只要是用來運行 Java字節(jié)碼文件的虛擬機。不同的平臺上編譯器提供了統(tǒng)一的編程接口，而 Java 編譯器只需要面向 Java 虛擬機， 生成虛擬機能夠運行的代碼。 然后由 Java 虛擬機解釋執(zhí)行，并且在虛擬機中把代碼轉(zhuǎn)換成平臺能夠識別的機器碼來運行程序， 從而做到了一次編譯， 多個平臺運行的跨平臺特性。

流程大概如下：

這里 JVM 也就是 Java 虛擬機中介的概念。 原先你要去租房， 你有一個要租房的“需求”（源代碼）， 而每個房東都是你的“運行”環(huán)境。 沒看一次房子都需要單獨的找到對應(yīng)房子的房東進行 “租”（編譯） 的過程。 這個時候， 有個房屋托管（虛擬機）說， 你不要找房東了太麻煩， 我這有這個區(qū)的“房源”， 你來找我就好， 這樣你以后租房子就可以只找這個中介就可以看這個區(qū)的房子， 這樣的話， 你不用來回和不同的房東打交道， 你也不需要知道這些房東是男是女， 是好說話還是不好說話。 但是既然是中間打的交道， 就需要有一些性能的損耗（傭金）。并且你能看多少套房子，就取決于中介有多少房源。 也就是 Java 虛擬機能在那運行， 你的程序就可以在那運行。

JVM

JVM 是 Java Virtual Machine 的縮寫。它是一種基于計算設(shè)備的規(guī)范，是一臺虛擬機，即虛構(gòu)的計算機。

JVM屏蔽了具體操作系統(tǒng)平臺的信息（顯然，就像是我們在電腦上開了個虛擬機一樣），當(dāng)然，JVM 執(zhí)行字節(jié)碼時實際上還是要解釋成具體操作平臺的機器指令的。

通過 JVM，Java 實現(xiàn)了平臺無關(guān)性，Java 語言在不同平臺運行時不需要重新編譯，只需要在該平臺上部署 JVM 就可以了。因而能實現(xiàn)一次編譯多處運行。(就像是你的虛擬機也可以在任何安了 VMWare 的系統(tǒng)上運行)。

JVM結(jié)構(gòu)

• 程序計數(shù)器(Program Counter)
• Java堆(Heap)
• Java虛擬機棧(Stack)
• 本地方法棧(Native Stack)
• 方法區(qū)(Method Area)