Java語言實現機制

Java語言實現機制

 

1.Java虛擬機(Java Virtual Machine)

 

Java虛擬機（JVM）是在一臺計算機上由軟件模擬也能夠用硬件來實現的假想的計算機。它定義了指令集（至關於中央處理器CPU）、寄存器集、類文件結構棧、垃圾收集堆、內存區域。

 

首先，Java編譯器在獲取Java應用程序的源代碼後，把它編譯成符合Java虛擬機規範的字節碼（byte code）的class文件，class文件是JVM中可執行文件的格式。Java編譯器針對Java虛擬機產生的class文件，Java虛擬機規範爲不一樣的硬件平臺提供了不一樣的編譯代碼

 

規範，該規範使Java軟件獨立於平臺。而後，Java解釋器負責將Java字節碼文件解釋執行，邊解釋邊執行，這樣，運行速度受到必定影響。爲了提升運行速度，java提供了另外一種解釋運行的方法JIT（Just In Time），能夠一次解釋完，再運行特定平臺上的機器碼，

 

這樣就實現了跨平臺、可移植的功能。

 

在Java的運行環境中，每一個Java解釋器，無論他是Java開發工具，仍是可運行的applets的web瀏覽器，均可以執行Java虛擬機。字節碼的運行要通過下面三個步驟：

 

（1）加載代碼：由Class Loader完成。

 

（2）校驗代碼：由Bytecode Verifier完成。

 

（3）執行代碼：由Runtime Interpreter完成。

 

部分校驗過的字節碼被編譯成原始機器碼並直接運行於硬件平臺。這就使Java軟件代碼可以以與C或C++接近的速度運行，只是在加載時，由於要編譯成原始機器碼而略有延遲。

 

構成Java軟件程序的字節碼在運行時被加載、校驗並在解釋器中運行。當運行applets時，字節碼可被下載，而後由建於瀏覽器中的JVM進行解釋。解釋器具有兩種功能，一是執行字節碼，二是對底層硬件平臺作適當調用。

 

Java虛擬機提供了編譯代碼的規範，它要求代碼的格式由字節碼構成，由JVM字節碼編寫的程序必須保持適當的類型約束。對這種類型約束的檢查，大部分是在編譯時完成的。

 

Java虛擬機也提供了硬件平臺規範，它可以解讀獨立於平臺的已編譯好的字節碼文件，每一個由Sun批准的Java虛擬機規範中有所指定的類文件格式，如：每一個文件都包含最多一個public類。

 

Java虛擬機執行過程有三個典型特色：

 

（1）多線程：Java虛擬機支持多個線程的同時運行，這些線程獨立的執行Java代碼，處理公共數據區和私有棧中的數據。

 

（2）動態鏈接：Java程序之因此適合在網絡上運行，其主要緣由是因爲Java虛擬機具備動態鏈接特性。

 

（3）異常處理：Java虛擬機提供了可靠的異常處理。

 

 

2.Java垃圾回收機制（Garbage Collection)

 

Java語言中任何事物都封裝在類中，每一個類都會建立一個或多個實例對象，每一個對象都有生命週期，咱們須要時就去建立、調用它，不用時就應清楚它（稍後再用）。這種動態的實例對象是被存放在內存堆（Memory Heap）中的，隨着科技的發展，咱們能夠不斷更新

 

擴展硬件設施，但任何存儲介質都是有極限的，那麼內存也不異常，對於再也不使用的對象，咱們應該將其清除，從而釋放資源。許多編程語言都容許在程序運行時動態分配存儲器，分配存儲器的過程因爲語言句法的不一樣而不一樣，當再也不須要分配存儲器或存儲器指針溢

 

出範圍時，程序或運行環境應中止繼續分配存儲器，進行內存回收，但如何進行內存回收倒是一件很困難很複雜的事情，在C、C++或其餘語言中，程序員負責回收已分配的內存。因爲存儲器是動態分配的，一般咱們沒法準確判斷存儲器應在什麼時候被釋放。這就爲程序運

 

行留下隱患，當系統運行中沒有可以被分配的存儲器時，就會致使程序癱瘓。Java語言解除了程序員釋放已分配存儲器的責任，是經過提供一個系統級線程對內存使用進行跟蹤實現的，因爲Java是單根結構，任何一個類都直接或間接地繼承於java.lang.Object類，所

 

以系統級線程能夠跟蹤每一次存儲器的分配狀況，而且能夠逐級回溯，按期檢測出再也不使用的內存，在系統空閒時自動進行回收。垃圾收集是在Java程序的生命週期中自動進行的，咱們沒法判斷垃圾回收線程什麼時候啓動，要執行多長時間，這使得程序在運行期間出現一

 

種不連貫的狀態，而且在必定程度上下降了程序的運行效率，但這個代價仍是值得的。

 

3.代碼安全性檢測（Code Security）

 

Java的安全性的考慮最初來源於Java Applet，因爲它能夠被輕易的下載到web瀏覽器上運行，改變了以往傳統模式下桌面計算機系統的應用軟件的更新方式，這種移動代碼能夠經Internet的web瀏覽器自動下載和更新，在享受便捷快速的技術更新的同時也帶來了安全

 

隱患。Java v1.0採用了沙箱（sandbox）安全模型，它的主要思想是像applet這樣經過遠程下載的代碼只能受限的訪問系統資源，如不能訪問本地文件、不能創建新的網絡鏈接等，它們的行爲受限於沙箱之中。因爲這個模型約束太多，大大削弱了移動代碼的優點。在

 

Java v1.1中採用了信任安全模型，其主要思想是使用戶能夠有選擇的受權給遠程代碼，若是遠程某地資源能夠被信任，那麼帶有此地簽名的代碼將被受權能夠訪問本地的資源系統，其餘不被信任的代碼仍受限於沙箱內。Java2平臺則採用了域管理方式的安全模型，無

 

論是本地代碼仍是遠程代碼均可以經過配置的策略，設定可訪問的資源域，這種策略更好的支持了企業級的應用，同時也消除了區分本地代碼和遠程代碼帶來的困難。上面已經講過字節碼須要進行校驗，實際上Java代碼再運行以前要通過幾回檢驗，大都是從安全角度

 

考慮，JVM將代碼輸入一個字節碼校驗器以測試代碼段格式並進行規則檢查，檢查僞造指針、違反對象訪問權限或試圖改變對象類型的非法代碼、對象域訪問是否合法等。在運行時還要進行字節碼校驗，主要判斷字節碼是否符合JVM規範，是否破壞系統完整性，是否

 

引發操做數堆棧上溢或下溢，代碼的參數類型是否準確，有無非法數據轉換，有無訪問限制違例等。