JAVA虚拟机(JVM)以及跨平台原理(JDK、JRE、JVM)

相信大家已经了解到Java具有跨平台的特性，可以“一次编译，到处运行”，在Windows下编写的程序，无需任何修改就可以在Linux下运行，这是C和C++很难做到的。

那么，跨平台是怎样实现的呢？这就要谈及Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM）。

JVM也是一个软件，不同的平台有不同的版本。我们编写的Java源码，编译后会生成一种 .class 文件，称为字节码文件。Java虚拟机就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码然后运行。也就是说，只要在不同平台上安装对应的JVM，就可以运行字节码文件，运行我们编写的Java程序。

而这个过程中，我们编写的Java程序没有做任何改变，仅仅是通过JVM这一”中间层“，就能在不同平台上运行，真正实现了”一次编译，到处运行“的目的。

JVM是一个”桥梁“，是一个”中间件“，是实现跨平台的关键，Java代码首先被编译成字节码文件，再由JVM将字节码文件翻译成机器语言，从而达到运行Java程序的目的。

注意：编译的结果不是生成机器码，而是生成字节码，字节码不能直接运行，必须通过JVM翻译成机器码才能运行。不同平台下编译生成的字节码是一样的，但是由JVM翻译成的机器码却不一样。

所以，运行Java程序必须有JVM的支持，因为编译的结果不是机器码，必须要经过JVM的再次翻译才能执行。即使你将Java程序打包成可执行文件（例如 .exe），仍然需要JVM的支持。

注意：跨平台的是Java程序，不是JVM。JVM是用C/C++开发的，是编译后的机器码，不能跨平台，不同平台下需要安装不同版本的JVM。

图1 JVM实现跨平台

关于JVM的执行效率

Java 推出的前几年，人们有不同的看法，解释字节码肯定比全速运行机器码慢很多，牺牲性能换来跨平台的优势是否值得？

然而，JVM 有一个选项，可以将使用最频繁的字节码翻译成机器码并保存，这一过程被称为即时编译。这种方式确实很有效，致使微软的 .NET 平台也使用了虚拟机。

现在的及时编译器已经相当出色，甚至成了传统编译器的竞争对手，某些情况下甚至超过了传统编译器，原因是JVM可以监控运行时信息。例如，即时编译器可以监控使用频率高的代码并进行优化，可以消除函数调用（即“内嵌”）。

但是，Java 毕竟有一些C/C++没有的额外的开销，关键应用程序速度较慢。比如Java采用了与平台无关的绘图方式，GUI程序（客户端程序）执行要慢；虚拟机启动也需要时间。

客户端市场的折戟

Java 的GUI库称不上出色，界面不算友好，大部分用户不太习惯；Java 的客户端资源消耗也比较大，大数据量的应用和功能复杂的应用性能堪忧。

更加不能接受的是，微软因自身利益和SUN分家后，Windows 便不再预装JVM了，用户安装你的程序之前，必须要安装JVM并正确设置，你可以要求普通用户安装你的软件，但是你能期望他了解JVM的有关知识并正确安装设置吗？

虽然你可以将JVM集成在你的程序中，自动安装并设置，不让用户干预，但是你希望附带一个比你的程序还要大好多的JVM吗？一个软件这样做或许可以接受，成千上万个软件都这样做，那用户要安装多少个JVM？磁盘空间要浪费多少？

所以，直接投放市场的面向普通用户的客户端程序，用Java开发的很少，大部分Java开发的客户端是给企业内部员工使用，员工领到电脑时，技术部已经给配置好了。如果你希望从事客户端开发，建议学习 C/C++ 和 .NET，它们在Window客户端开发方面有较大的优势。

种种原因，注定了Java客户端不利于推向市场，让普通用户接受。不过话又说回来，客户端开发也不是Java的初衷，Java最初是面向嵌入式的，却随着互联网的兴起而快速成长，在Web开发上大显身手。

JDK : Java Development ToolKit(Java开发工具包)。JDK是整个JAVA的核心，包括了Java运行环境（Java Runtime Envirnment），一堆Java工具（javac/java/jdb等）和Java基础的类库（即Java API 包括rt.jar）。

最主流的JDK是Sun公司发布的JDK，除了Sun之外，还有很多公司和组织都开发了属于自己的JDK，例如国外IBM公司开发了属于自己的JDK，国内淘宝也开发了属于自己的JDK，各个组织开发自己的JDK都是为了在某些方面得到一些提高，以适应自己的需求，比如IBM的JDK据说运行效率就比SUN的JDK高的多。但不管怎么说，我们还是需要先把基础的Sun JDK掌握好。

JDK有以下三种版本：

J2SE，standard edition，标准版，是我们通常用的一个版本J2EE，enterpsise edtion，企业版，使用这种JDK开发J2EE应用程序J2ME，micro edtion，主要用于移动设备、嵌入式设备上的java应用程序

我们常常用JDK来代指Java API，Java API是Java的应用程序接口，其实就是前辈们写好的一些java Class，包括一些重要的语言结构以及基本图形，网络和文件I/O等等，我们在自己的程序中，调用前辈们写好的这些Class，来作为我们自己开发的一个基础。当然，现在已经有越来越多的性能更好或者功能更强大的第三方类库供我们使用。

JRE:Java Runtime Enviromental(java运行时环境)。也就是我们说的JAVA平台，所有的Java程序都要在JRE下才能运行。包括JVM和JAVA核心类库和支持文件。与JDK相比，它不包含开发工具——编译器、调试器和其它工具。

JVM：Java Virtual Mechinal(JAVA虚拟机)。JVM是JRE的一部分，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。JVM 的主要工作是解释自己的指令集（即字节码）并映射到本地的 CPU 的指令集或 OS 的系统调用。Java语言是跨平台运行的，其实就是不同的操作系统，使用不同的JVM映射规则，让其与操作系统无关，完成了跨平台性。JVM 对上层的 Java 源文件是不关心的，它关注的只是由源文件生成的类文件（ class file）。类文件的组成包括 JVM 指令集，符号表以及一些补助信息。

我们开发的实际情况是：我们利用JDK（调用JAVA API）开发了属于我们自己的JAVA程序后，通过JDK中的编译程序（javac）将我们的文本java文件编译成JAVA字节码，在JRE上运行这些JAVA字节码，JVM解析这些字节码，映射到CPU指令集或OS的系统调用。