1.2 java的工作原理
1.2.1 java虛擬機(jī)(1)
java虛擬機(jī)是軟件模擬的計(jì)算機(jī)，可以在任何處理器上（無論是在計(jì)算機(jī)中還是在其它電子設(shè)備中）安全并且兼容的執(zhí)行保存在.class文件中的字節(jié)碼。java虛擬機(jī)的"機(jī)器碼"保存在.class文件中，有時(shí)也可以稱之為字節(jié)碼文件。java程序的跨平臺(tái)主要是指字節(jié)碼文件可以在任何具有java虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)或者電子設(shè)備上運(yùn)行，java虛擬機(jī)中的java解釋器負(fù)責(zé)將字節(jié)碼文件解釋成為特定的機(jī)器碼進(jìn)行運(yùn)行。java源程序需要通過編譯器編譯成為.class文件（字節(jié)碼文件），java程序的編譯和執(zhí)行過程 ——如圖所示——
1.2.1 java虛擬機(jī)(2)
但是，java虛擬機(jī)的建立需要針對(duì)不同的軟硬件平臺(tái)做專門的實(shí)現(xiàn)，既要考慮處理器的型號(hào)，也要考慮操作系統(tǒng)的種類。如下圖所示，目前在SPARC結(jié)構(gòu)、X86結(jié)構(gòu)、MIPS和PPC等嵌入式處理芯片上、在UNIX、Linux、windows和部分實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上都有java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)。 ——如圖所示——
1.2.2 無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制
在程序的執(zhí)行過程中，部分內(nèi)存在使用過后就處于廢棄狀態(tài)，如果不及時(shí)進(jìn)行無用內(nèi)存的回收，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在C＋＋語言中是由程序員進(jìn)行內(nèi)存回收的，程序員需要在編寫程序的時(shí)候把不再使用的對(duì)象內(nèi)存釋放掉；但是這種人為的管理內(nèi)存釋放的方法卻往往由于程序員的疏忽而致使內(nèi)存無法回收，同時(shí)也增加了程序員的工作量。而在java運(yùn)行環(huán)境中，始終存在著一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的線程，專門跟蹤內(nèi)存的使用情況，定期檢測出不再使用的內(nèi)存，并進(jìn)行自動(dòng)回收，避免了內(nèi)存的泄露，也減輕了程序員的工作量。
1.2.3 代碼安全性檢查機(jī)制
安全和方便總是相對(duì)矛盾的。java編程語言的出現(xiàn)使得客戶端機(jī)器可以方便的從網(wǎng)絡(luò)上下載java程序到本機(jī)上運(yùn)行，但是如何保證該java程序不攜帶病毒或者不懷有其它險(xiǎn)惡目的呢？如果java語言不能保證執(zhí)行的安全性，那么它就不可能存活到今天。雖然有時(shí)候少數(shù)程序員會(huì)抱怨說applet連文件系統(tǒng)也不能訪問，但是正是各種安全措施的實(shí)行才確保了java語言的生存
字節(jié)碼的執(zhí)行需要經(jīng)過三個(gè)步驟，首先由類裝載器（class loader）負(fù)責(zé)把類文件（.class文件）加載到j(luò)ava虛擬機(jī)中，在此過程需要檢驗(yàn)該類文件是否符合類文件規(guī)范；其次字節(jié)碼校驗(yàn)器（bytecode verifier）檢查該類文件的代碼中是否存在著某些非法操作，例如applet程序中寫本機(jī)文件系統(tǒng)的操作；如果字節(jié)碼校驗(yàn)器檢驗(yàn)通過，由java解釋器負(fù)責(zé)把該類文件解釋成為機(jī)器碼進(jìn)行執(zhí)行。java虛擬機(jī)采用的是"沙箱"運(yùn)行模式，即把java程序的代碼和數(shù)據(jù)都限制在一定內(nèi)存空間里執(zhí)行，不允許程序訪問該內(nèi)存空間外的內(nèi)存，如果是applet程序，還不允許訪問客戶端機(jī)器的文件系統(tǒng)1.2.4 Java語言的特點(diǎn)(1)
1. 簡單、面向?qū)ο蠛蜑槿怂煜?BR> java的簡單首先體現(xiàn)在精簡的系統(tǒng)上，力圖用最小的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)足夠多的功能；對(duì)硬件的要求不高，在小型的計(jì)算機(jī)上便可以良好的運(yùn)行。和所有的新一代的程序設(shè)計(jì)語言一樣，java也采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)并更加徹底，所有的java程序和applet程序均是對(duì)象，封裝性實(shí)現(xiàn)了模塊化和信息隱藏，繼承性實(shí)現(xiàn)了代碼的復(fù)用，用戶可以建立自己的類庫。而且java采用的是相對(duì)簡單的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，去掉了運(yùn)算符重載、多繼承的復(fù)雜概念，而采用了單一繼承、類強(qiáng)制轉(zhuǎn)換、多線程、引用（非指針）等方式。無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制也使得程序員不必費(fèi)心管理內(nèi)存，是程序設(shè)計(jì)更加簡單，同時(shí)大大減少了出錯(cuò)的可能。java語言采用了C語言中的大部分語法，熟悉C語言的程序員會(huì)發(fā)現(xiàn)java語言在語法上與C語言極其相似。
2. 魯棒并且安全
java語言在編譯及運(yùn)行程序時(shí)，都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。作為一種強(qiáng)制類型語言，java在編譯和連接時(shí)都進(jìn)行大量的類型檢查，防止不匹配問題的發(fā)生。如果引用一個(gè)非法類型、或執(zhí)行一個(gè)非法類型操作，java將在解釋時(shí)指出該錯(cuò)誤。在java程序中不能采用地址計(jì)算的方法通過指針訪問內(nèi)存單元，大大減少了錯(cuò)誤發(fā)生的可能性；而且java的數(shù)組并非用指針實(shí)現(xiàn)，這樣就可以在檢查中避免數(shù)組越界的發(fā)生。無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制也增加了java的魯棒性。
作為網(wǎng)絡(luò)語言，java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。java在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，嚴(yán)格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權(quán)限，比如不允許網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計(jì)算機(jī)中的字節(jié)代碼在其被執(zhí)行前要經(jīng)過一個(gè)核實(shí)工具，一旦字節(jié)代碼被核實(shí)，便由java解釋器來執(zhí)行，該解釋器通過阻止對(duì)內(nèi)存的直接訪問來進(jìn)一步提高java的安全性。同時(shí)java極高的魯棒性也增強(qiáng)了java的安全性。
3. 結(jié)構(gòu)中立并且可以移植
網(wǎng)絡(luò)上充滿了各種不同類型的機(jī)器和操作系統(tǒng)，為使java程序能在網(wǎng)絡(luò)的任何地方運(yùn)行，java編譯器編譯生成了與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的字節(jié)碼結(jié)構(gòu)文件格式。任何種類的計(jì)算機(jī)，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有java運(yùn)行時(shí)環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。即使是在單一系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，結(jié)構(gòu)中立也有非常大的作用。隨著處理器結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展變化，程序員不得不編寫各種版本的程序以在不同的處理器上運(yùn)行，這使得開發(fā)出能夠在所有平臺(tái)上工作的軟件集合是不可能的。而使用java將使同一版本的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在所有的平臺(tái)上。
體系結(jié)構(gòu)的中立也使得java系統(tǒng)具有可移植性。java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)可以移植到不同的處理器和操作系統(tǒng)上，java的編譯器是由java語言實(shí)現(xiàn)的，解釋器是由java語言和標(biāo)準(zhǔn)C語言實(shí)現(xiàn)的，因此可以較為方便的進(jìn)行移植工作。
1.2.1 java虛擬機(jī)(1)
java虛擬機(jī)是軟件模擬的計(jì)算機(jī)，可以在任何處理器上（無論是在計(jì)算機(jī)中還是在其它電子設(shè)備中）安全并且兼容的執(zhí)行保存在.class文件中的字節(jié)碼。java虛擬機(jī)的"機(jī)器碼"保存在.class文件中，有時(shí)也可以稱之為字節(jié)碼文件。java程序的跨平臺(tái)主要是指字節(jié)碼文件可以在任何具有java虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)或者電子設(shè)備上運(yùn)行，java虛擬機(jī)中的java解釋器負(fù)責(zé)將字節(jié)碼文件解釋成為特定的機(jī)器碼進(jìn)行運(yùn)行。java源程序需要通過編譯器編譯成為.class文件（字節(jié)碼文件），java程序的編譯和執(zhí)行過程 ——如圖所示——
1.2.1 java虛擬機(jī)(2)
但是，java虛擬機(jī)的建立需要針對(duì)不同的軟硬件平臺(tái)做專門的實(shí)現(xiàn)，既要考慮處理器的型號(hào)，也要考慮操作系統(tǒng)的種類。如下圖所示，目前在SPARC結(jié)構(gòu)、X86結(jié)構(gòu)、MIPS和PPC等嵌入式處理芯片上、在UNIX、Linux、windows和部分實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上都有java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)。 ——如圖所示——
1.2.2 無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制
在程序的執(zhí)行過程中，部分內(nèi)存在使用過后就處于廢棄狀態(tài)，如果不及時(shí)進(jìn)行無用內(nèi)存的回收，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在C＋＋語言中是由程序員進(jìn)行內(nèi)存回收的，程序員需要在編寫程序的時(shí)候把不再使用的對(duì)象內(nèi)存釋放掉；但是這種人為的管理內(nèi)存釋放的方法卻往往由于程序員的疏忽而致使內(nèi)存無法回收，同時(shí)也增加了程序員的工作量。而在java運(yùn)行環(huán)境中，始終存在著一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的線程，專門跟蹤內(nèi)存的使用情況，定期檢測出不再使用的內(nèi)存，并進(jìn)行自動(dòng)回收，避免了內(nèi)存的泄露，也減輕了程序員的工作量。
1.2.3 代碼安全性檢查機(jī)制
安全和方便總是相對(duì)矛盾的。java編程語言的出現(xiàn)使得客戶端機(jī)器可以方便的從網(wǎng)絡(luò)上下載java程序到本機(jī)上運(yùn)行，但是如何保證該java程序不攜帶病毒或者不懷有其它險(xiǎn)惡目的呢？如果java語言不能保證執(zhí)行的安全性，那么它就不可能存活到今天。雖然有時(shí)候少數(shù)程序員會(huì)抱怨說applet連文件系統(tǒng)也不能訪問，但是正是各種安全措施的實(shí)行才確保了java語言的生存
字節(jié)碼的執(zhí)行需要經(jīng)過三個(gè)步驟，首先由類裝載器（class loader）負(fù)責(zé)把類文件（.class文件）加載到j(luò)ava虛擬機(jī)中，在此過程需要檢驗(yàn)該類文件是否符合類文件規(guī)范；其次字節(jié)碼校驗(yàn)器（bytecode verifier）檢查該類文件的代碼中是否存在著某些非法操作，例如applet程序中寫本機(jī)文件系統(tǒng)的操作；如果字節(jié)碼校驗(yàn)器檢驗(yàn)通過，由java解釋器負(fù)責(zé)把該類文件解釋成為機(jī)器碼進(jìn)行執(zhí)行。java虛擬機(jī)采用的是"沙箱"運(yùn)行模式，即把java程序的代碼和數(shù)據(jù)都限制在一定內(nèi)存空間里執(zhí)行，不允許程序訪問該內(nèi)存空間外的內(nèi)存，如果是applet程序，還不允許訪問客戶端機(jī)器的文件系統(tǒng)1.2.4 Java語言的特點(diǎn)(1)
1. 簡單、面向?qū)ο蠛蜑槿怂煜?BR> java的簡單首先體現(xiàn)在精簡的系統(tǒng)上，力圖用最小的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)足夠多的功能；對(duì)硬件的要求不高，在小型的計(jì)算機(jī)上便可以良好的運(yùn)行。和所有的新一代的程序設(shè)計(jì)語言一樣，java也采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)并更加徹底，所有的java程序和applet程序均是對(duì)象，封裝性實(shí)現(xiàn)了模塊化和信息隱藏，繼承性實(shí)現(xiàn)了代碼的復(fù)用，用戶可以建立自己的類庫。而且java采用的是相對(duì)簡單的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，去掉了運(yùn)算符重載、多繼承的復(fù)雜概念，而采用了單一繼承、類強(qiáng)制轉(zhuǎn)換、多線程、引用（非指針）等方式。無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制也使得程序員不必費(fèi)心管理內(nèi)存，是程序設(shè)計(jì)更加簡單，同時(shí)大大減少了出錯(cuò)的可能。java語言采用了C語言中的大部分語法，熟悉C語言的程序員會(huì)發(fā)現(xiàn)java語言在語法上與C語言極其相似。
2. 魯棒并且安全
java語言在編譯及運(yùn)行程序時(shí)，都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。作為一種強(qiáng)制類型語言，java在編譯和連接時(shí)都進(jìn)行大量的類型檢查，防止不匹配問題的發(fā)生。如果引用一個(gè)非法類型、或執(zhí)行一個(gè)非法類型操作，java將在解釋時(shí)指出該錯(cuò)誤。在java程序中不能采用地址計(jì)算的方法通過指針訪問內(nèi)存單元，大大減少了錯(cuò)誤發(fā)生的可能性；而且java的數(shù)組并非用指針實(shí)現(xiàn)，這樣就可以在檢查中避免數(shù)組越界的發(fā)生。無用內(nèi)存自動(dòng)回收機(jī)制也增加了java的魯棒性。
作為網(wǎng)絡(luò)語言，java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。java在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，嚴(yán)格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權(quán)限，比如不允許網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計(jì)算機(jī)中的字節(jié)代碼在其被執(zhí)行前要經(jīng)過一個(gè)核實(shí)工具，一旦字節(jié)代碼被核實(shí)，便由java解釋器來執(zhí)行，該解釋器通過阻止對(duì)內(nèi)存的直接訪問來進(jìn)一步提高java的安全性。同時(shí)java極高的魯棒性也增強(qiáng)了java的安全性。
3. 結(jié)構(gòu)中立并且可以移植
網(wǎng)絡(luò)上充滿了各種不同類型的機(jī)器和操作系統(tǒng)，為使java程序能在網(wǎng)絡(luò)的任何地方運(yùn)行，java編譯器編譯生成了與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的字節(jié)碼結(jié)構(gòu)文件格式。任何種類的計(jì)算機(jī)，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有java運(yùn)行時(shí)環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。即使是在單一系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，結(jié)構(gòu)中立也有非常大的作用。隨著處理器結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展變化，程序員不得不編寫各種版本的程序以在不同的處理器上運(yùn)行，這使得開發(fā)出能夠在所有平臺(tái)上工作的軟件集合是不可能的。而使用java將使同一版本的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在所有的平臺(tái)上。
體系結(jié)構(gòu)的中立也使得java系統(tǒng)具有可移植性。java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)可以移植到不同的處理器和操作系統(tǒng)上，java的編譯器是由java語言實(shí)現(xiàn)的，解釋器是由java語言和標(biāo)準(zhǔn)C語言實(shí)現(xiàn)的，因此可以較為方便的進(jìn)行移植工作。