1.2 java的工作原理
1.2.1 java虛擬機(1)
java虛擬機是軟件模擬的計算機，可以在任何處理器上（無論是在計算機中還是在其它電子設備中）安全并且兼容的執(zhí)行保存在.class文件中的字節(jié)碼。java虛擬機的"機器碼"保存在.class文件中，有時也可以稱之為字節(jié)碼文件。java程序的跨平臺主要是指字節(jié)碼文件可以在任何具有java虛擬機的計算機或者電子設備上運行，java虛擬機中的java解釋器負責將字節(jié)碼文件解釋成為特定的機器碼進行運行。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(2)
但是，java虛擬機的建立需要針對不同的軟硬件平臺做專門的實現(xiàn)，既要考慮處理器的型號，也要考慮操作系統(tǒng)的種類。如下圖所示，目前在SPARC結構、X86結構、MIPS和PPC等嵌入式處理芯片上、在UNIX、Linux、windows和部分實時操作系統(tǒng)上都有java虛擬機的實現(xiàn)。 ——如圖所示——
1.2.2 無用內(nèi)存自動回收機制
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)，如果不及時進行無用內(nèi)存的回收，就會導致內(nèi)存泄漏，進而導致系統(tǒng)崩潰。在C＋＋語言中是由程序員進行內(nèi)存回收的，程序員需要在編寫程序的時候把不再使用的對象內(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，同時也增加了程序員的工作量。而在java運行環(huán)境中，始終存在著一個系統(tǒng)級的線程，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，并進行自動回收，避免了內(nèi)存的泄露，也減輕了程序員的工作量。
1.2.3 代碼安全性檢查機制
安全和方便總是相對矛盾的。java編程語言的出現(xiàn)使得客戶端機器可以方便的從網(wǎng)絡上下載java程序到本機上運行，但是如何保證該java程序不攜帶病毒或者不懷有其它險惡目的呢？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。雖然有時候少數(shù)程序員會抱怨說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)過三個步驟，首先由類裝載器（class loader）負責把類文件（.class文件）加載到java虛擬機中，在此過程需要檢驗該類文件是否符合類文件規(guī)范；其次字節(jié)碼校驗器（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程序中寫本機文件系統(tǒng)的操作；如果字節(jié)碼校驗器檢驗通過，由java解釋器負責把該類文件解釋成為機器碼進行執(zhí)行。java虛擬機采用的是"沙箱"運行模式，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器的文件系統(tǒng)1.2.4 Java語言的特點(1)
1. 簡單、面向對象和為人所熟悉
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)實現(xiàn)足夠多的功能；對硬件的要求不高，在小型的計算機上便可以良好的運行。和所有的新一代的程序設計語言一樣，java也采用了面向對象技術并更加徹底，所有的java程序和applet程序均是對象，封裝性實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏，繼承性實現(xiàn)了代碼的復用，用戶可以建立自己的類庫。而且java采用的是相對簡單的面向對象技術，去掉了運算符重載、多繼承的復雜概念，而采用了單一繼承、類強制轉換、多線程、引用（非指針）等方式。無用內(nèi)存自動回收機制也使得程序員不必費心管理內(nèi)存，是程序設計更加簡單，同時大大減少了出錯的可能。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語言在編譯及運行程序時，都要進行嚴格的檢查。作為一種強制類型語言，java在編譯和連接時都進行大量的類型檢查，防止不匹配問題的發(fā)生。如果引用一個非法類型、或執(zhí)行一個非法類型操作，java將在解釋時指出該錯誤。在java程序中不能采用地址計算的方法通過指針訪問內(nèi)存單元，大大減少了錯誤發(fā)生的可能性；而且java的數(shù)組并非用指針實現(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)存自動回收機制也增加了java的魯棒性。
作為網(wǎng)絡語言，java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。java在運行應用程序時，嚴格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權限，比如不允許網(wǎng)絡上的應用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計算機中的字節(jié)代碼在其被執(zhí)行前要經(jīng)過一個核實工具，一旦字節(jié)代碼被核實，便由java解釋器來執(zhí)行，該解釋器通過阻止對內(nèi)存的直接訪問來進一步提高java的安全性。同時java極高的魯棒性也增強了java的安全性。
3. 結構中立并且可以移植
網(wǎng)絡上充滿了各種不同類型的機器和操作系統(tǒng)，為使java程序能在網(wǎng)絡的任何地方運行，java編譯器編譯生成了與體系結構無關的字節(jié)碼結構文件格式。任何種類的計算機，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有java運行時環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計算機上運行。即使是在單一系統(tǒng)的計算機上，結構中立也有非常大的作用。隨著處理器結構的不斷發(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行，這使得開發(fā)出能夠在所有平臺上工作的軟件集合是不可能的。而使用java將使同一版本的應用程序可以運行在所有的平臺上。
體系結構的中立也使得java系統(tǒng)具有可移植性。java運行時系統(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語言實現(xiàn)的，解釋器是由java語言和標準C語言實現(xiàn)的，因此可以較為方便的進行移植工作。
1.2.1 java虛擬機(1)
java虛擬機是軟件模擬的計算機，可以在任何處理器上（無論是在計算機中還是在其它電子設備中）安全并且兼容的執(zhí)行保存在.class文件中的字節(jié)碼。java虛擬機的"機器碼"保存在.class文件中，有時也可以稱之為字節(jié)碼文件。java程序的跨平臺主要是指字節(jié)碼文件可以在任何具有java虛擬機的計算機或者電子設備上運行，java虛擬機中的java解釋器負責將字節(jié)碼文件解釋成為特定的機器碼進行運行。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(2)
但是，java虛擬機的建立需要針對不同的軟硬件平臺做專門的實現(xiàn)，既要考慮處理器的型號，也要考慮操作系統(tǒng)的種類。如下圖所示，目前在SPARC結構、X86結構、MIPS和PPC等嵌入式處理芯片上、在UNIX、Linux、windows和部分實時操作系統(tǒng)上都有java虛擬機的實現(xiàn)。 ——如圖所示——
1.2.2 無用內(nèi)存自動回收機制
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)，如果不及時進行無用內(nèi)存的回收，就會導致內(nèi)存泄漏，進而導致系統(tǒng)崩潰。在C＋＋語言中是由程序員進行內(nèi)存回收的，程序員需要在編寫程序的時候把不再使用的對象內(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，同時也增加了程序員的工作量。而在java運行環(huán)境中，始終存在著一個系統(tǒng)級的線程，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，并進行自動回收，避免了內(nèi)存的泄露，也減輕了程序員的工作量。
1.2.3 代碼安全性檢查機制
安全和方便總是相對矛盾的。java編程語言的出現(xiàn)使得客戶端機器可以方便的從網(wǎng)絡上下載java程序到本機上運行，但是如何保證該java程序不攜帶病毒或者不懷有其它險惡目的呢？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。雖然有時候少數(shù)程序員會抱怨說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)過三個步驟，首先由類裝載器（class loader）負責把類文件（.class文件）加載到java虛擬機中，在此過程需要檢驗該類文件是否符合類文件規(guī)范；其次字節(jié)碼校驗器（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程序中寫本機文件系統(tǒng)的操作；如果字節(jié)碼校驗器檢驗通過，由java解釋器負責把該類文件解釋成為機器碼進行執(zhí)行。java虛擬機采用的是"沙箱"運行模式，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器的文件系統(tǒng)1.2.4 Java語言的特點(1)
1. 簡單、面向對象和為人所熟悉
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)實現(xiàn)足夠多的功能；對硬件的要求不高，在小型的計算機上便可以良好的運行。和所有的新一代的程序設計語言一樣，java也采用了面向對象技術并更加徹底，所有的java程序和applet程序均是對象，封裝性實現(xiàn)了模塊化和信息隱藏，繼承性實現(xiàn)了代碼的復用，用戶可以建立自己的類庫。而且java采用的是相對簡單的面向對象技術，去掉了運算符重載、多繼承的復雜概念，而采用了單一繼承、類強制轉換、多線程、引用（非指針）等方式。無用內(nèi)存自動回收機制也使得程序員不必費心管理內(nèi)存，是程序設計更加簡單，同時大大減少了出錯的可能。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語言在編譯及運行程序時，都要進行嚴格的檢查。作為一種強制類型語言，java在編譯和連接時都進行大量的類型檢查，防止不匹配問題的發(fā)生。如果引用一個非法類型、或執(zhí)行一個非法類型操作，java將在解釋時指出該錯誤。在java程序中不能采用地址計算的方法通過指針訪問內(nèi)存單元，大大減少了錯誤發(fā)生的可能性；而且java的數(shù)組并非用指針實現(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)存自動回收機制也增加了java的魯棒性。
作為網(wǎng)絡語言，java必須提供足夠的安全保障，并且要防止病毒的侵襲。java在運行應用程序時，嚴格檢查其訪問數(shù)據(jù)的權限，比如不允許網(wǎng)絡上的應用程序修改本地的數(shù)據(jù)。下載到用戶計算機中的字節(jié)代碼在其被執(zhí)行前要經(jīng)過一個核實工具，一旦字節(jié)代碼被核實，便由java解釋器來執(zhí)行，該解釋器通過阻止對內(nèi)存的直接訪問來進一步提高java的安全性。同時java極高的魯棒性也增強了java的安全性。
3. 結構中立并且可以移植
網(wǎng)絡上充滿了各種不同類型的機器和操作系統(tǒng)，為使java程序能在網(wǎng)絡的任何地方運行，java編譯器編譯生成了與體系結構無關的字節(jié)碼結構文件格式。任何種類的計算機，只有在其處理器和操作系統(tǒng)上有java運行時環(huán)境，字節(jié)碼文件就可以在該計算機上運行。即使是在單一系統(tǒng)的計算機上，結構中立也有非常大的作用。隨著處理器結構的不斷發(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行，這使得開發(fā)出能夠在所有平臺上工作的軟件集合是不可能的。而使用java將使同一版本的應用程序可以運行在所有的平臺上。
體系結構的中立也使得java系統(tǒng)具有可移植性。java運行時系統(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語言實現(xiàn)的，解釋器是由java語言和標準C語言實現(xiàn)的，因此可以較為方便的進行移植工作。