Java的四個核心思想

　Java虛擬機

Java虛擬機的主要任務是裝在class文件而且執行其中的字節碼。Java虛擬機包含一個類裝載器，它能夠從程序和API中裝載class文件。Java API中只有程序執行時須要的那些類纔會被裝載。字節碼由執行引擎來執行。

　　不一樣的Java虛擬機中，執行引擎可能實現得很是不一樣。在由軟件實現的虛擬機中，最簡單的執行引擎就是一次性解釋字節碼。另外一種執行引擎更快，可是也更消耗內存，叫作"即時編譯器(just-in-time compiler)"。在這種狀況下，第一次被執行的字節碼會被編譯成本地機器代碼。編譯出的本地機器代碼會被緩存，當方法之後被調用的時候能夠重用。第三種執行引擎是自適應優化器。在這種方法裏，虛擬機開始的時候解釋字節碼，可是會監視運行中程序的活動，而且記錄下使用最頻繁的代碼段。程序運行的時候，虛 擬機只把那些活動最頻繁的代碼編譯成本地代碼，其餘的代碼因爲使用得不是很頻繁，繼續保留爲字節碼-由虛擬機繼續解釋它們。一個自適應的優化器可使得Java虛擬機在80%~90%的時間裏執行被優化過的本地代碼，而只須要編譯10%~20%的對性能有影響的代碼。

　　當Java虛擬機是由主機操做系統上的軟件實現的時候，Java程序經過調用本地方法(native method)和主機交互。Java中有兩種方法: Java方法和本地方法。Java方法是由Java語言編寫，編譯成字節碼文件，存儲在class文件中的。本地方法是由其餘語言(好比c,c++或彙編語言)編寫的，編譯成何處理器相關的機器代碼。本地方法保存在動態連接庫中,格式是各個平臺專有的。運行中Java程序調用本地方法時，虛擬機裝載包含這個本地方法的動態庫，並調用這個方法。本地方法是聯繫Java程序和底層主機操做系統的鏈接方法。

　　經過本地方法，Java程序能夠直接訪問底層操做系統的資源。一個本地方法接口(Java Native Interface, JNI)-使得本地方法能夠在特定主機系統的任何一個Java平臺實現上運行。

　　若是但願使用特定主機上的資源，它們又沒法從Java API訪問，那麼能夠寫一個平臺相關的Java程序來調用本地方法。若是但願保證程序的平臺無關性，那麼只能經過Java API來訪問底層系統資源。

類裝載器的體系結構

一個Java應用程序可使用兩種類裝載器："啓動(bootstrap)"類裝載器和用戶定義的類裝載器。啓動類裝載器(這是系統中惟一的)是Java虛擬機實現的一部分。啓動類裝載器一般使用某種默認方式從本地磁盤中裝載類，包括Java API類(啓動類裝載器也被稱爲原始類裝載器、系統類裝載器或者默認類裝載器)。

　　Java應用程序可以在運行時安裝用戶定義的類裝載器，這種類裝載器可以使用自定義的方式來裝載類。例如，從網絡下載class文件。儘管啓動類裝載器是虛擬機實現的本質部分，而用戶定義的類裝載器不是，但用戶定義的類裝載器可以用Java來編寫,可以被編譯成class文件，可以被虛擬機裝載，還可以像其它對象同樣實例化。

　　因爲有用戶定義類裝載器，因此沒必要再編譯的時候就知道運行中的Java應用程序中最終會加入的全部的類。用戶定義的類裝載器使得在運行擴展Java應用程序成爲可能。當它運行時，應用程序可以解決它須要哪些額外的類，可以決定是使用一個或是更多的用戶定義的類裝載器來裝載。因爲類裝載器是用Java編寫的，因此用任何在Java代碼中能夠表述的風格來進行類裝載。這些類能夠經過網絡下載，能夠從某些數據庫中獲取，甚至能夠動態生成。

　　每個類被裝載的時候，Java虛擬機都監視這個類，看到它究竟是被啓動類裝載器仍是被用戶定義類裝載器裝載。當被裝載的類引用了另一個類時，虛擬機就會使用裝載第一個類的類裝載器裝載引用的類。例如，若是虛擬機使用一個特定的類裝載器裝載Volcano這個類，它就會使用這個類裝載器裝載Volcano類使用的全部類。

　　因爲Java虛擬機採起這種方式進行類的裝載，因此被裝載的類默認狀況下只能看到被同一個類裝載器裝載的別的類。經過這種方法，Java的體系結構容許在一個Java應用程序中創建多個命名空間。運行時的Java程序中的每個類裝載器都有本身的命名空間。

　　Java應用程序能夠建立多少個(或多少種)被不一樣的類裝載器裝載的類存放在不一樣的命名空間中，它們不能相互訪問，除非應用程序顯示地容許這麼作。當編寫一個Java應用程序的時候，從不一樣源文件裝載的類能夠分隔在不一樣的命名空間中。經過這種方法，就可以使用Java類裝載器的體系結構來控制任何不一樣源文件中裝載的代碼之間的相互影響，特別是可以阻止惡意代碼獲取訪問或破壞善意代碼的權限。

　　Web瀏覽器是一個動態擴展的例子，Web瀏覽器使用用戶定義的類裝載器從網絡下載用於Java applet的class文件。Web瀏覽器使用一個用來安裝用戶定義類裝載器的Java應用程序。這個用戶定義的類裝載器一般被稱爲Java Applet類裝載器，它知道如何向HTTP服務器請求class文件。Java Applet能夠做爲動態擴展的例子，由於Java應用程序並不知道它何時會開始從網絡下載瀏覽器請求的class文件。只有當瀏覽器遇到有Java applet的頁面時，才決定是否須要下載class文件。

　　Web瀏覽器啓動的Java應用程序一般爲每一個提供class文件的網絡地址分別建立不一樣的用戶定義類裝載器，所以，不一樣的用戶定義類裝載器裝載不一樣來源的class文件。這就能夠把它們分別放置在Java主機應用程序的不一樣命名空間之下。因爲不一樣來源的Java applet文件放置在不一樣的命名空間中，惡意的Java applet代碼就不會直接訪問從別的地方下載的class文件。這就可以限制或阻止不一樣來源的代碼之間的相互訪問。

Java class文件

Java class文件主要在平臺無關性和網絡移動性方面使Java更適合網絡。它在平臺無關性方面的任務是：爲Java程序提供獨立於底層主機平臺的二進制形式的服務。這種途徑途徑打破了C或者C++等語言所遵循的傳統，使用這些傳統語言寫的程序一般首先被編譯，而後被鏈接成單獨的、專門支持特定硬件平臺和操做系統的二進制文件。一般狀況下，一個平臺上的二進制可執行文件不能在其餘平臺上工做。而Java class文件時能夠運行在任何支持Java虛擬機的硬件平臺和操做系統上的二進制文件。

　　當編譯和鏈接一個C++程序時，所得到的可執行二進制文件只能在指定的硬件平臺和操做系統上運行，由於這個二進制文件包含了對目標處理器的機器語言。而Java編譯器把Java源文件的指令翻譯成字節碼，這種字節碼就是Java虛擬機的"機器語言"。

　　class文件設計得緊湊，所以它們能夠快速地在網絡上傳送。其次，因爲Java程序是動態鏈接和動態擴展的，class文件能夠在須要的時候才下載。這個特色使得Java應用程序可以安排從網絡上下載class文件的時間，從而能夠最大限度地減小終端用戶的等待時間。

　　Java API

Java API經過支持平臺無關性和安全性，使得Java適應於網絡應用。Java API是運行庫的集合，它提供了一套訪問主機系統資源的標準方法。運行Java程序時，虛擬機裝載程序的class文件所使用的Java API class文件。全部被裝載的class文件(包括從應用程序中和從Java API中提取的)和全部已經裝載的動態庫(包含本地方法)共同組成了再Java虛擬機上運行的整個程序。

　　在一個平臺能偶支持Java程序之前，必須在這個特定平臺上明確地實現API的功能。爲訪問主機上的本地資源，Java API調用了本地方法。因爲Java API class文件調用了本地方法，Java程序就不須要再調用它們了。經過這種方法，Java API class文件爲底層主機提供了具備平臺無關性、標準接口的Java程序。對Java程序而言，不管平臺內部如何，Java API都會有一樣的表現和可預測的行爲。正是因爲在每一個特定的主機平臺上明確地實現了Java虛擬機和Java API,所以，Java程序自身就可以成爲具備平臺無關性的程序。

　　Java API在Java安全性模型方面也有貢獻。當Java API的方法進行任何有潛在危險的操做(好比進行本地磁盤寫操做)以前，都會經過查詢訪問控制器來檢驗是否獲得了受權。訪問控制器是一個類，該類用來執行棧檢驗，已決定是否容許某種操做。