前言
- 從最初學習
Java開始，我們就知道Java的口號是：“一次編寫，到處運行”。沒有了平臺的束縛，使得我們再編寫Java時並不需要（那麼）關心將來運行程序的平臺。 - 那麼，
Java是如何實現 平臺無關性的呢？今天我們來討論這個問題。
# 咬文嚼字 #
爲什麼是“不需要（那麼）關心”，而不是“不需要關心”？因爲在工程實踐中，不全面考量運行程序的系統 / 網絡 / 硬件 / 國家等因素是不可能的。
目錄
1. 運行環境 = 操作系統 + 硬件
首先，理解清楚什麼是平臺？平臺是指程序的運行平臺，或者稱爲運行環境，具體來說：運行環境 = 操作系統 + 硬件（主要是CPU）：
1.1 操作系統屏蔽了除 CPU 外的硬件差異
操作系統（Operating System）是管理計算機硬件與軟件資源的程序。對於現代應用程序來說，它們是不會直接操作硬件的，而是採用向操作系統發送指令的方式來間接控制硬件，這些指令就是系統調用。
系統調用是操作系統與應用程序之間的接口（Application Programming Interface，API）。然而不同操作系統提供的 API 是不同的，這樣的話，程序調用 API 的代碼也會因操作系統不同而不同，因此操作系統是運行環境的要素之一。
1.2 CPU 只能運行本地代碼
每種CPU只能“讀懂”自身支持的機器語言或者本地代碼（native code），而每種CPU使用的指令集不盡相同。因此，任何高級編程語言 / 彙編語言編寫的程序，最後都需要“翻譯”爲CPU能夠讀懂的本地代碼。
下面，我們對比C/C++ & Java兩種語言是使用什麼方式將源代碼轉換爲本地代碼的。
2. C/C++ 如何將源代碼轉換爲本地代碼
- 步驟1：編譯生成目標文件（編譯時）
- 步驟2：鏈接生成可執行文件（編譯時 or 運行時）
3. Java 如何將源代碼轉換爲本地代碼
- 步驟1：編譯前端生成 Class文件（編譯時）
- 步驟2：編譯後端解釋或編譯爲本地代碼（編譯時 or 運行時）
關於 Java 編譯過程 的更多介紹，請閱讀文章：《Java | 聊一聊編譯過程（編譯前端 & 編譯後端）》
4. Java 虛擬機的公有協議與私有實現
- Java 虛擬機的協議 指的是《Java 虛擬機規範》，它規定了 Java 虛擬機的概念模型；
-
Java 虛擬機實現 是指各種平臺上具體的虛擬機實現，例如
Classic VM、HotSpot VM；
在這個概念模型下，不同的虛擬機實現有統一的輸入輸出模型：
所有虛擬機實現的輸入與輸出都是一致的：輸入爲Class 文件，處理過程是字節碼解釋執行的等效過程，最終輸出的是預期的執行結果。這樣的方式即保證了不同平臺不同實現的虛擬機行爲一致，也提高了伸縮性。不同平臺的虛擬機實現可以根據具體平臺特點，賦予虛擬機實現更多的特點：更高的性能 or 更低的內存消耗 。
關於 Class 文件 的更多介紹，請閱讀文章：《Java | 請概述一下 Class 文件的結構》
5. 總結
虛擬機與字節碼是Java實現無關性的基礎。首先，與不同於C/C++，Java將程序存儲格式從本地代碼轉變爲字節碼；其次，不同平臺的虛擬機都統一採樣字節碼作爲輸入語言，並統一遵守《Java 虛擬機規範》，最終提供了一個不依賴於特定操作系統 & 硬件的運行環境，即平臺無關性。
參考資料
- 《程序是怎樣跑起來的》 （第7、8章）—— 矢澤久雄
- 《深入理解Java虛擬機（第3版本）》（第6、7、8章）—— 周志明
- 《深入理解Android：Java虛擬機ART》（第2章） —— 鄧凡平
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