解析Java的JVM以及类与对象的概念

Z时代
2024-01-10
分类：IT

Java虚拟机(JVM)以及跨平台原理

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。

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。

Java类和对象的概念

Java是一门面向对象的编程语言，理解Java，首先要理解类与对象这两个概念。

Java中的类可以看做C语言中结构体的升级版。结构体是一种构造数据类型，可以包含不同的成员（变量），每个成员的数据类型可以不一样；可以通过结构体来定义结构体变量，每个变量拥有相同的性质。例如：


#include <stdio.h>
int main(){
  // 定义结构体 Student
  struct Student{
    // 结构体包含的变量
    char *name;
    int age;
    float score;
  };
  // 通过结构体来定义变量
  struct Student stu1;
  // 操作结构体的成员
  stu1.name = "小明";
  stu1.age = 15;
  stu1.score = 92.5;
  printf("%s的年龄是 %d，成绩是 %f\n", stu1.name, stu1.age, stu1.score);
  return 0;
}

运行结果：

小明的年龄是 15，成绩是 92.500000

Java中的类也是一种构造数据类型，但是进行了一些扩展，类的成员不但可以是变量，还可以是函数；通过类定义出来的变量也有特定的称呼，叫做“对象”。例如：


public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    // 定义类Student
    class Student{ // 通过class关键字类定义类
      // 类包含的变量
      String name;
      int age;
      float score;
      // 类包含的函数
      void say(){
        System.out.println( name + "的年龄是 " + age + "，成绩是 " + score );
      }
    }
    // 通过类来定义变量，即创建对象
    Student stu1 = new Student(); // 必须使用new关键字
    // 操作类的成员
    stu1.name = "小明";
    stu1.age = 15;
    stu1.score = 92.5f;
    stu1.say();
  }
}