2.5 Java的运行机制

知识点讲解：

Java是一种特殊的高级语言，不但具有解释型语言的特征，也具有编译型语言的特征。我们需要首先编译Java程序，然后解释运行Java程序。在2.2节中，我们通过一段Java程序了解了编译并运行Java程序的基本方法。但我们只是从表面了解了编译和运行Java程序的流程，为了加深读者对Java的理解，本节将从根本上讲解Java程序的运行机制。

2.5.1 编译型/解释型语言的运行机制

高级语言有两种执行程序的方式，分别是编译型和解释型。

1．编译型语言

编译型语言会使用专门的编译器，针对特定平台（操作系统）将某种高级语言的源代码一次性“翻译”成可被该平台硬件执行的机器码（包括机器指令和操作数），并包装成该平台所能识别的可执行程序的格式，这个转换过程称为编译（Compile）。编译完之后会生成一个可以脱离开发环境的可执行程序，它可以在很多特定的平台上独立运行。

有些程序编译结束后，还可能需要对其他编译好的目标代码进行链接，即需要组装两个以上的目标代码模块才能生成最终的可执行程序，通过这种方式实现低层次的代码复用。

因为编译型语言是一次性编译成机器码，所以可以脱离开发环境独立运行，而且通常运行效率较高。但因为编译型语言的程序被编译成特定平台上的机器码，所以编译生成的可执行程序通常无法移植到其他平台上运行。如果需要移植，则必须将源代码复制到特定平台上，针对特定平台进行修改，至少需要采用特定平台上的编译器重新编译。现有的C和C++等高级语言都属于编译型语言。

2．解释型语言

解释型语言会使用专门的解释器将该语言的源程序逐行解释成特定平台的机器码并立即执行，解释型语言通常不会进行整体性的编译和链接处理，解释型语言相当于把编译型语言中的编译和解释过程混合到一起同时完成。可以认为：每次执行解释型语言的程序都需要进行一次编译，因此解释型语言的程序运行效率通常较低，而且不能脱离解释器独立运行。但解释型语言有一个优势—跨平台比较容易，只需要提供特定平台的解释器，每个特定平台上的解释器负责将源程序解释成特定平台的机器指令。解释型语言可以方便地实现源程序级的移植，但这是以牺牲程序执行效率为代价的。现有的Ruby、Python等语言都属于解释型语言。

2.5.2 Java程序则要先编译、后运行

Java语言比较特殊，由Java编写的程序必须经历编译步骤，但这个编译步骤并不会生成特定平台的机器码，而是生成一种与平台无关的字节码（也就是*.class文件，例如2.2.2节中的first.class和2.3.4节中的First.class都是编译后的字节码文件）。当然，这种字节码必须使用Java解释器来解释执行。正因为如此，我们可以认为Java既是一种编译型语言，也是一种解释型语言。

在Java语言中，负责解释执行字节码文件的是Java虚拟机（Java Virtual Machine,JVM）。所有平台上的JVM向编译器提供相同的编程接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能理解的代码，然后由虚拟机来解释执行。在一些虚拟机的实现中，还会将虚拟机代码转换成特定系统的机器码执行，从而提高执行效率。