Java為啥能跨平臺(tái)(原因解析)JDK/JRE/JVM的關(guān)系說(shuō)明
Java為啥能跨平臺(tái)？JDK/JRE/JVM的關(guān)系？
JVM到底是個(gè)啥？Java為啥能跨平臺(tái)、一次編譯處處運(yùn)行？JDK、JRE、JVM三者到底啥關(guān)系？JVM又是怎么把我們寫(xiě)的代碼跑起來(lái)的？
一、JVM是什么
JVM 全稱(chēng) Java Virtual Machine（Java虛擬機(jī)），本質(zhì)就是Java程序的運(yùn)行環(huán)境——它不直接和硬件打交道，而是介于Java代碼和操作系統(tǒng)之間的“中間層”。
我們寫(xiě)的 .java 源代碼，經(jīng)過(guò)編譯器（javac）編譯后，會(huì)變成 .class 文件——這是Java的二進(jìn)制字節(jié)碼文件（不是操作系統(tǒng)能直接執(zhí)行的機(jī)器指令）。而JVM的核心作用，就是讀取并執(zhí)行這份 .class 文件，讓代碼真正跑起來(lái)。
二、Java 的跨平臺(tái)特性：一次編譯，處處運(yùn)行
這是Java最核心的優(yōu)勢(shì)之一，而背后的關(guān)鍵，就是JVM的“適配性設(shè)計(jì)”——不同操作系統(tǒng)有不同版本的JVM，但它們都能運(yùn)行同一份 .class 文件。
具體邏輯很簡(jiǎn)單：
- 你寫(xiě)的Java代碼，只需要編譯一次，就能生成統(tǒng)一格式的
.class字節(jié)碼文件（不管你是在Windows、Mac還是Linux上編譯，生成的.class文件完全一樣）； - Windows、Mac、Linux等不同操作系統(tǒng)，都會(huì)提供對(duì)應(yīng)的JVM版本（比如Windows版JVM、Mac版JVM）；
- 當(dāng)你在某個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行Java程序時(shí)，對(duì)應(yīng)的JVM會(huì)把
.class字節(jié)碼，“翻譯”成該操作系統(tǒng)能直接執(zhí)行的機(jī)器指令； - 操作系統(tǒng)執(zhí)行這些機(jī)器指令，最終完成程序運(yùn)行。
舉個(gè)例子：你在Windows上編譯好的 .class 文件，復(fù)制到Mac上，Mac版JVM會(huì)自動(dòng)把它翻譯成Mac系統(tǒng)的指令，無(wú)需重新編譯——這就是“一次編譯，處處運(yùn)行”的本質(zhì)。
不過(guò)要提一句：Docker出現(xiàn)后，Java的跨平臺(tái)優(yōu)勢(shì)被削弱了（Docker本身就是“容器化跨平臺(tái)”），但JVM作為Java軟件的核心運(yùn)行環(huán)境，依然是不可或缺的。
三、JDK、JRE、JVM：三者的關(guān)系
很多人會(huì)把這三個(gè)概念搞混，其實(shí)它們是“包含與被包含”的關(guān)系，用一句話就能概括：JDK > JRE > JVM。
1. JVM（Java Virtual Machine）
就是我們前面說(shuō)的運(yùn)行 .class 文件的虛擬機(jī)——只負(fù)責(zé)運(yùn)行 .class 字節(jié)碼文件，是Java程序能跑起來(lái)的基礎(chǔ)。但它光自己不行，還需要依賴(lài)類(lèi)庫(kù)才能工作。
2. JRE（Java Runtime Environment）
JRE = JVM + Java核心類(lèi)庫(kù)（比如 java.lang.String、java.util.ArrayList 這些基礎(chǔ)類(lèi)）。
因?yàn)榇a執(zhí)行需調(diào)用很多 Java SE 的類(lèi)庫(kù)（比如字符串處理、集合操作），所以 JRE 在 JVM 的基礎(chǔ)上自帶了這些類(lèi)庫(kù)。
3. JDK（Java Development Kit）
但我們不是一上來(lái)就寫(xiě) .class 文件的，我們寫(xiě)的是 .java 文件，而 .java 文件需要編譯成 .class 文件。該編譯工作由 JDK 提供的工具完成 ——JDK 其實(shí)就是 JRE 加上編譯、調(diào)試、打包等各種開(kāi)發(fā)工具的集合。
JDK = JRE + 編譯、調(diào)試、打包等開(kāi)發(fā)工具（比如javac編譯器、java運(yùn)行命令、jar打包工具、jdb調(diào)試軟件等）。
我們寫(xiě)Java代碼時(shí)，不是一上來(lái)就寫(xiě) .class 文件的，我們寫(xiě)的是 .java 文件，而 .java 文件需要用 javac 命令編譯 .java 文件成 .class 文件，用 jar 命令打包程序——這個(gè)編譯工作由 JDK 提供的工具完成 ，JDK 其實(shí)就是 JRE 加上編譯、調(diào)試、打包等各種開(kāi)發(fā)工具的集合。
四、JVM運(yùn)行代碼流程
JVM運(yùn)行 .class 字節(jié)碼的過(guò)程，核心依賴(lài)5個(gè)核心組件：類(lèi)加載系統(tǒng)、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行引擎、本地方法接口（JNI）、本地方法庫(kù)。整個(gè)流程就像“工廠加工產(chǎn)品”，一步步把字節(jié)碼變成可執(zhí)行的指令。
1. 第一步：類(lèi)加載框架
.class 文件里包含了類(lèi)的所有信息（類(lèi)名、父類(lèi)、接口、字段、方法、訪問(wèn)修飾符等），類(lèi)加載系統(tǒng)的作用，就是把這些 .class 文件加載到JVM的“內(nèi)存區(qū)域”（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)）。
2. 第二步：運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)
加載后的類(lèi)、代碼執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（比如對(duì)象、變量、方法調(diào)用信息），都會(huì)存放在這里。它相當(dāng)于JVM的“工作內(nèi)存”，主要分為5個(gè)部分：
| 內(nèi)存區(qū)域 | 核心作用 |
|---|---|
| 方法區(qū)（Method Area） | 存放已加載類(lèi)的元數(shù)據(jù)（類(lèi)名、父類(lèi)、接口、字段、方法等），比如你定義的 User 類(lèi)信息就存在這 |
| 堆（Heap） | 存放代碼中 new 出來(lái)的對(duì)象（比如 User user = new User()），是JVM中最大的內(nèi)存區(qū)域 |
| 虛擬機(jī)棧（VM Stack） | 存放方法調(diào)用的信息（比如調(diào)用 main() 方法、add() 方法時(shí)，會(huì)創(chuàng)建“棧幀”存在這里），方法執(zhí)行完棧幀就銷(xiāo)毀 |
| 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register） | 記錄當(dāng)前線程執(zhí)行到哪一行字節(jié)碼指令（多線程時(shí)，切換線程后能恢復(fù)執(zhí)行位置，避免亂序） |
| 本地方法棧（Native Method Stack） | 存放Java調(diào)用的“本地方法”（用C/C++寫(xiě)的方法，比如Java底層的IO操作、線程管理）的調(diào)用信息 |
3. 第三步：執(zhí)行引擎
.class 文件里的字節(jié)碼，只是JVM能識(shí)別的“指令集規(guī)范”，不是操作系統(tǒng)能直接執(zhí)行的機(jī)器指令——這時(shí)候就需要執(zhí)行引擎來(lái)“翻譯”。
執(zhí)行引擎的核心工作：
- 讀取運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)里的字節(jié)碼指令；
- 把字節(jié)碼指令“解釋”（或編譯）成當(dāng)前操作系統(tǒng)能識(shí)別的機(jī)器指令；
- 把機(jī)器指令交給CPU執(zhí)行。
這里要提一句：Java不是純“解釋執(zhí)行”，還會(huì)用到JIT（Just-In-Time 即時(shí)編譯器）——熱點(diǎn)代碼（頻繁執(zhí)行的代碼）會(huì)被JIT編譯成機(jī)器指令緩存起來(lái)，下次執(zhí)行直接用，不用重復(fù)解釋?zhuān)@樣能提升性能。Java 編譯器把 .java 文件編譯為字節(jié)碼文件后，JVM 執(zhí)行引擎將字節(jié)碼指令解釋為對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)能運(yùn)行的指令并執(zhí)行，這也就是為什么說(shuō) Java 是編譯和解釋共存的語(yǔ)言。
4. 第四步：本地方法接口（JNI）+ 本地方法庫(kù)
用C/C++寫(xiě)的“本地方法”，存放在本地方法庫(kù)中。就是Java代碼執(zhí)行時(shí)，會(huì)遇到一些“Java做不了”的操作（比如操控硬件、底層IO、線程調(diào)度），這些操作都
前文也提到了，本地辦法執(zhí)行時(shí)，相關(guān)信息會(huì)放到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的本地方法棧里。
到此這篇關(guān)于java多線程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java多線程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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