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?? Hi，我是丑丑。本文 「Java 路線」| 導讀 —— 他山之石，可以攻玉 已收錄，這里有 Android 進階成長路線筆記 & 博客，歡迎跟著彭丑丑一起成長。（聯(lián)系方式在 GitHub）
前言
- 從最初學習
Java開始，我們就知道Java的口號是：“一次編寫，到處運行”。沒有了平臺的束縛，使得我們再編寫Java時并不需要（那么）關(guān)心將來運行程序的平臺。 - 那么，
Java是如何實現(xiàn) 平臺無關(guān)性的呢？今天我們來討論這個問題。
# 咬文嚼字 #
為什么是“不需要（那么）關(guān)心”，而不是“不需要關(guān)心”？因為在工程實踐中，不全面考量運行程序的系統(tǒng) / 網(wǎng)絡(luò) / 硬件 / 國家等因素是不可能的。
目錄
1. 運行環(huán)境 = 操作系統(tǒng) + 硬件
首先，理解清楚什么是平臺？平臺是指程序的運行平臺，或者稱為運行環(huán)境，具體來說：運行環(huán)境 = 操作系統(tǒng) + 硬件（主要是CPU）：
1.1 操作系統(tǒng)屏蔽了除 CPU 外的硬件差異
操作系統(tǒng)（Operating System）是管理計算機硬件與軟件資源的程序。對于現(xiàn)代應(yīng)用程序來說，它們是不會直接操作硬件的，而是采用向操作系統(tǒng)發(fā)送指令的方式來間接控制硬件，這些指令就是系統(tǒng)調(diào)用。
系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的接口（Application Programming Interface，API）。然而不同操作系統(tǒng)提供的 API 是不同的，這樣的話，程序調(diào)用 API 的代碼也會因操作系統(tǒng)不同而不同，因此操作系統(tǒng)是運行環(huán)境的要素之一。
1.2 CPU 只能運行本地代碼
每種CPU只能“讀懂”自身支持的機器語言或者本地代碼（native code），而每種CPU使用的指令集不盡相同。因此，任何高級編程語言 / 匯編語言編寫的程序，最后都需要“翻譯”為CPU能夠讀懂的本地代碼。
下面，我們對比C/C++ & Java兩種語言是使用什么方式將源代碼轉(zhuǎn)換為本地代碼的。
2. C/C++ 如何將源代碼轉(zhuǎn)換為本地代碼
- 步驟1：編譯生成目標文件（編譯時）
- 步驟2：鏈接生成可執(zhí)行文件（編譯時 or 運行時）
3. Java 如何將源代碼轉(zhuǎn)換為本地代碼
- 步驟1：編譯前端生成 Class文件（編譯時）
- 步驟2：編譯后端解釋或編譯為本地代碼（編譯時 or 運行時）
關(guān)于 Java 編譯過程 的更多介紹，請閱讀文章：《Java | 聊一聊編譯過程（編譯前端 & 編譯后端）》
4. Java 虛擬機的公有協(xié)議與私有實現(xiàn)
- Java 虛擬機的協(xié)議 指的是《Java 虛擬機規(guī)范》，它規(guī)定了 Java 虛擬機的概念模型；
-
Java 虛擬機實現(xiàn) 是指各種平臺上具體的虛擬機實現(xiàn)，例如
Classic VM、HotSpot VM；
在這個概念模型下，不同的虛擬機實現(xiàn)有統(tǒng)一的輸入輸出模型：
所有虛擬機實現(xiàn)的輸入與輸出都是一致的：輸入為Class 文件，處理過程是字節(jié)碼解釋執(zhí)行的等效過程，最終輸出的是預(yù)期的執(zhí)行結(jié)果。這樣的方式即保證了不同平臺不同實現(xiàn)的虛擬機行為一致，也提高了伸縮性。不同平臺的虛擬機實現(xiàn)可以根據(jù)具體平臺特點，賦予虛擬機實現(xiàn)更多的特點：更高的性能 or 更低的內(nèi)存消耗 。
關(guān)于 Class 文件 的更多介紹，請閱讀文章：《Java | 請概述一下 Class 文件的結(jié)構(gòu)》
5. 總結(jié)
虛擬機與字節(jié)碼是Java實現(xiàn)無關(guān)性的基礎(chǔ)。首先，與不同于C/C++，Java將程序存儲格式從本地代碼轉(zhuǎn)變?yōu)樽止?jié)碼；其次，不同平臺的虛擬機都統(tǒng)一采樣字節(jié)碼作為輸入語言，并統(tǒng)一遵守《Java 虛擬機規(guī)范》，最終提供了一個不依賴于特定操作系統(tǒng) & 硬件的運行環(huán)境，即平臺無關(guān)性。
參考資料
- 《程序是怎樣跑起來的》 （第7、8章）—— 矢澤久雄
- 《深入理解Java虛擬機（第3版本）》（第6、7、8章）—— 周志明
- 《深入理解Android：Java虛擬機ART》（第2章） —— 鄧凡平
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