jvm如何編譯機器語言

㈠ java的"一次編譯,到處運行"的機制是如何實現的

JVM是一個java虛擬機，所謂的java虛擬機就是和普通的虛擬機一樣，擁有自己的CPU，RAM之類的。我們所使用的操作系統是Windows的操作系統，Windows操作系統支持的可執行文件是EXE文件，也就是說在Windows的操作系統上只有EXE的文件是可以直接被操作系統解釋為底層機器語言並進行運行的。而java虛擬機可以支持的是.class的可執行文件，在java的虛擬機中遇到.class的文件就可以直接翻譯成java虛擬機所能是別的底層機器語言並進行執行。這就是JVM的機制，正是因為java的這種機制才實現了java的跨平台，在不同的平台上安裝能夠在相應平台上運行的虛擬機，然後在java虛擬機中運行java的源程序，「一次編譯，多次執行」就此實現了。
所以java的跨平台是離不開虛擬機的支持的。虛擬機充當著java源程序和操作系統之間的中間，不同的操作系統只需要尋找相應的中介就可以實現在不同的操作系統上運行。而java的編譯只是吧.java文件編譯為.class位元組碼文件而已，然後把位元組碼交給虛擬機去執行。
虛擬機在執行的時候是讀一句位元組碼文件人後解釋一句給操作系統聽，這就是為什麼java是解釋型的語言。
所謂的編譯型的語言是指這種語言被編譯之後生成的是可以直接供操作系統執行的010101文件，像C，C++都是編譯型的，java因為中間有JVM這么個東西所以是解釋型的。

㈡ 關於編譯原理的問題

1.當然是機器語言了，如果是匯編指令，那還得編譯一次！能運行的程序都是機器語言，只有機器語言才能控制CPU，NET或Java這些中間語言，程序在運行時會被CLR或JVM快速編譯成機器語言，因此這些程序速度上有損失。

高級語言源代碼（文本）-通過編譯器（compiler）-程序（二進制機器語言）
匯編代碼（文本）-通過匯編器（assembler）-程序（二進制語言）

看到這里，你可能會想那匯編語言到底有什麼用呢，編譯器完全能代替匯編啊？
（1）.編譯器是通過高級語言（c,c++)轉到機器語言的。轉換過的機器語言受限與高級語言，效率和功能上都有限制。比如c不等過分操作內存。但通過匯編器轉化過來的機器語言，效率高，且用匯編語言，直接和CPU對話！
（2）.匯編可以反匯編（逆向編譯），而這里高級語言沒有發言權，就是：
程序（二進制機器語言）-通過反匯編器（compiler）-可轉化為匯編代碼（文本）
但永遠不能轉化為高級語言的源代碼，。
以上兩點匯編存在的重要性。

2。當然是說移植源代碼。windows用x86機器語言，蘋果用powerPC機器語言，windows程序當然不能運行在蘋果機上，因為程序其實就是一串機器語言！但windows上有c的編譯器（vc++），蘋果機上也有c編譯器（gcc），因此同一個c的源代碼，當然就可以通過不同平台的同一種編譯器實現平台移植。

3.當然是NASM，我看的所有書都首先說NASM，他是開源的，就像Linux一樣，很受歡迎，還有MASN是微軟的，borland的也有匯編器，不過都不常見了。

4.這跟CPU有關，一般32位x86兼容的cpu有許多寄存器，多數是32位的，也有16位的。比如CS,ES,DS這些segment寄存器一直是16位的。

5.優勢太多了，這和32位和16位存在的優勢一樣，16位電腦最大內存1MB，寄存器都是16位的。32位，最大內存可以有4GB，整整是16位的4096倍啊！16位多渺小啊，同理64位基本上也可以蔑視32位，64內存最大內存用TB來衡量，寄存器多數是64位！地址匯流排也是64位。64對32位沒有什麼優勢劣勢可言，64位完全就是32位的下一代。

㈢ 誰能簡單闡述下java編譯執行的過程

Java虛擬機(JVM)是可運行Java代碼的假想計算機。只要根據JVM規格描述將解釋器移植到特定的計算機上，就能保證經過編譯的任何Java代碼能夠在該系統上運行。本文首先簡要介紹從Java文件的編譯到最終執行的過程，隨後對JVM規格描述作一說明。

一.Java源文件的編譯、下載、解釋和執行
Java應用程序的開發周期包括編譯、下載、解釋和執行幾個部分。Java編譯程序將Java源程序翻譯為JVM可執行代碼?位元組碼。這一編譯過程同C/C++的編譯有些不同。當C編譯器編譯生成一個對象的代碼時，該代碼是為在某一特定硬體平台運行而產生的。因此，在編譯過程中，編譯程序通過查表將所有對符號的引用轉換為特定的內存偏移量，以保證程序運行。Java編譯器卻不將對變數和方法的引用編譯為數值引用，也不確定程序執行過程中的內存布局，而是將這些符號引用信息保留在位元組碼中，由解釋器在運行過程中創立內存布局，然後再通過查表來確定一個方法所在的地址。這樣就有效的保證了Java的可移植性和安全性。

運行JVM位元組碼的工作是由解釋器來完成的。解釋執行過程分三部進行：代碼的裝入、代碼的校驗和代碼的執行。裝入代碼的工作由"類裝載器"（class loader）完成。類裝載器負責裝入運行一個程序需要的所有代碼，這也包括程序代碼中的類所繼承的類和被其調用的類。當類裝載器裝入一個類時，該類被放在自己的名字空間中。除了通過符號引用自己名字空間以外的類，類之間沒有其他辦法可以影響其他類。在本台計算機上的所有類都在同一地址空間內，而所有從外部引進的類，都有一個自己獨立的名字空間。這使得本地類通過共享相同的名字空間獲得較高的運行效率，同時又保證它們與從外部引進的類不會相互影響。當裝入了運行程序需要的所有類後，解釋器便可確定整個可執行程序的內存布局。解釋器為符號引用同特定的地址空間建立對應關系及查詢表。通過在這一階段確定代碼的內存布局，Java很好地解決了由超類改變而使子類崩潰的問題，同時也防止了代碼對地址的非法訪問。

隨後，被裝入的代碼由位元組碼校驗器進行檢查。校驗器可發現操作數棧溢出，非法數據類型轉化等多種錯誤。通過校驗後，代碼便開始執行了。

Java位元組碼的執行有兩種方式：
1.即時編譯方式：解釋器先將位元組碼編譯成機器碼，然後再執行該機器碼。
2.解釋執行方式：解釋器通過每次解釋並執行一小段代碼來完成Java位元組碼程 序的所有操作。
通常採用的是第二種方法。由於JVM規格描述具有足夠的靈活性，這使得將位元組碼翻譯為機器代碼的工作

具有較高的效率。對於那些對運行速度要求較高的應用程序，解釋器可將Java位元組碼即時編譯為機器碼，從而很好地保證了Java代碼的可移植性和高性能。

二.JVM規格描述
JVM的設計目標是提供一個基於抽象規格描述的計算機模型，為解釋程序開發人員提很好的靈活性，同時也確保Java代碼可在符合該規范的任何系統上運行。JVM對其實現的某些方面給出了具體的定義，特別是對Java可執行代碼，即位元組碼(Bytecode)的格式給出了明確的規格。這一規格包括操作碼和操作數的語法和數值、標識符的數值表示方式、以及Java類文件中的Java對象、常量緩沖池在JVM的存儲映象。這些定義為JVM解釋器開發人員提供了所需的信息和開發環境。Java的設計者希望給開發人員以隨心所欲使用Java的自由。

JVM定義了控制Java代碼解釋執行和具體實現的五種規格，它們是：
JVM指令系統
JVM寄存器
JVM棧結構
JVM碎片回收堆
JVM存儲區

2.1JVM指令系統

JVM指令系統同其他計算機的指令系統極其相似。Java指令也是由 操作碼和操作數兩部分組成。操作碼為8位二進制數，操作數進緊隨在操作碼的後面，其長度根據需要而不同。操作碼用於指定一條指令操作的性質（在這里我們採用匯編符號的形式進行說明），如iload表示從存儲器中裝入一個整數，anewarray表示為一個新數組分配空間，iand表示兩個整數的"與"，ret用於流程式控制制，表示從對某一方法的調用中返回。當長度大於8位時，操作數被分為兩個以上位元組存放。JVM採用了"big endian"的編碼方式來處理這種情況，即高位bits存放在低位元組中。這同 Motorola及其他的RISC CPU採用的編碼方式是一致的，而與Intel採用的"little endian "的編碼方式即低位bits存放在低位位元組的方法不同。

Java指令系統是以Java語言的實現為目的設計的，其中包含了用於調用方法和監視多先程系統的指令。Java的8位操作碼的長度使得JVM最多有256種指令，目前已使用了160多種操作碼。

2.2JVM指令系統

所有的CPU均包含用於保存系統狀態和處理器所需信息的寄存器組。如果虛擬機定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對棧或內存進行訪問，這有利於提高運行速度。然而，如果虛擬機中的寄存器比實際CPU的寄存器多，在實現虛擬機時就會佔用處理器大量的時間來用常規存儲器模擬寄存器，這反而會降低虛擬機的效率。針對這種情況，JVM只設置了4個最為常用的寄存器。它們是：
pc程序計數器
optop操作數棧頂指針
frame當前執行環境指針
vars指向當前執行環境中第一個局部變數的指針
所有寄存器均為32位。pc用於記錄程序的執行。optop,frame和vars用於記錄指向Java棧區的指針。

2.3JVM棧結構

作為基於棧結構的計算機，Java棧是JVM存儲信息的主要方法。當JVM得到一個Java位元組碼應用程序後，便為該代碼中一個類的每一個方法創建一個棧框架，以保存該方法的狀態信息。每個棧框架包括以下三類信息：
局部變數
執行環境
操作數棧

局部變數用於存儲一個類的方法中所用到的局部變數。vars寄存器指向該變數表中的第一個局部變數。
執行環境用於保存解釋器對Java位元組碼進行解釋過程中所需的信息。它們是：上次調用的方法、局部變數指針和操作數棧的棧頂和棧底指針。執行環境是一個執行一個方法的控制中心。例如：如果解釋器要執行iadd(整數加法)，首先要從frame寄存器中找到當前執行環境，而後便從執行環境中找到操作數棧，從棧頂彈出兩個整數進行加法運算，最後將結果壓入棧頂。
操作數棧用於存儲運算所需操作數及運算的結果。

2.4JVM碎片回收堆

Java類的實例所需的存儲空間是在堆上分配的。解釋器具體承擔為類實例分配空間的工作。解釋器在為一個實例分配完存儲空間後，便開始記錄對該實例所佔用的內存區域的使用。一旦對象使用完畢，便將其回收到堆中。
在Java語言中，除了new語句外沒有其他方法為一對象申請和釋放內存。對內存進行釋放和回收的工作是由Java運行系統承擔的。這允許Java運行系統的設計者自己決定碎片回收的方法。在SUN公司開發的Java解釋器和Hot Java環境中，碎片回收用後台線程的方式來執行。這不但為運行系統提供了良好的性能，而且使程序設計人員擺脫了自己控制內存使用的風險。

2.5JVM存儲區

JVM有兩類存儲區：常量緩沖池和方法區。常量緩沖池用於存儲類名稱、方法和欄位名稱以及串常量。方法區則用於存儲Java方法的位元組碼。對於這兩種存儲區域具體實現方式在JVM規格中沒有明確規定。這使得Java應用程序的存儲布局必須在運行過程中確定，依賴於具體平台的實現方式。

JVM是為Java位元組碼定義的一種獨立於具體平台的規格描述，是Java平台獨立性的基礎。目前的JVM還存在一些限制和不足，有待於進一步的完善，但無論如何，JVM的思想是成功的。

對比分析：如果把Java原程序想像成我們的C++原程序，Java原程序編譯後生成的位元組碼就相當於C++原程序編譯後的80x86的機器碼（二進製程序文件），JVM虛擬機相當於80x86計算機系統,Java解釋器相當於80x86CPU。在80x86CPU上運行的是機器碼，在Java解釋器上運行的是Java位元組碼。

Java解釋器相當於運行Java位元組碼的「CPU」,但該「CPU」不是通過硬體實現的，而是用軟體實現的。Java解釋器實際上就是特定的平台下的一個應用程序。只要實現了特定平台下的解釋器程序，Java位元組碼就能通過解釋器程序在該平台下運行，這是Java跨平台的根本。當前，並不是在所有的平台下都有相應Java解釋器程序，這也是Java並不能在所有的平台下都能運行的原因，它只能在已實現了Java解釋器程序的平台下運行。

㈣ 簡述java語言的運行機制

簡單來說Java程序的運行機制

編寫、編譯、運行三個步驟。

運行機制 主要是指

編譯、運行的過程

1、編譯

Java編譯器對源文件進行錯誤排查的過程，編譯後將生成後綴名為.class的位元組碼文件。好讓JVM(java虛擬機)里的解釋器可以正常讀取。

2、運行

三步代碼的裝入、代碼的校驗和代碼的執行

2.1 、代碼的裝入

JVM控制解釋器中的「類裝載器」去讀取和裝載程序所需的類(class的位元組碼)。然後解釋器開始建立類與類之間的關系。

2.2、代碼的校驗

位元組碼校驗器進行檢查：校驗器可發現操作數棧溢出，非法數據類型轉化等多種錯誤。

2.3、代碼的執行

執行也分兩種情況

即時編譯方式：解釋器先將位元組碼編譯成機器碼，然後再執行該機器碼。

解釋執行方式：解釋器通過每次解釋並執行一小段代碼來完成Java位元組碼程 序的所有操作。

通常採用的是第二種方法。由於JVM規格描述具有足夠的靈活性，這使得將位元組碼翻譯為機器代碼的工作

本回答由電腦網路分類達人 化曉峰推薦

㈤ JVM是如何工作的呢

Java虛擬機
一、什麼是Java虛擬機

Java虛擬機是一個想像中的機器,在實際的計算機上通過軟體模擬來實現。Java虛擬機有自己想像中的硬體,如處理器、堆棧、寄存器等,還具有相應的指令系統。

1.為什麼要使用Java虛擬機

Java語言的一個非常重要的特點就是與平台的無關性。而使用Java虛擬機是實現這一特點的關鍵。一般的高級語言如果要在不同的平台上運行,至少需要編譯成不同的目標代碼。而引入Java語言虛擬機後,Java語言在不同平台上運行時不需要重新編譯。Java語言使用模式Java虛擬機屏蔽了與具體平台相關的信息,使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼(位元組碼),就可以在多種平台上不加修改地運行。Java虛擬機在執行位元組碼時,把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。

2.誰需要了解Java虛擬機

Java虛擬機是Java語言底層實現的基礎,對Java語言感興趣的人都應對Java虛擬機有個大概的了解。這有助於理解Java語言的一些性質,也有助於使用Java語言。對於要在特定平台上實現Java虛擬機的軟體人員,Java語言的編譯器作者以及要用硬體晶元實現Java虛擬機的人來說,則必須深刻理解Java虛擬機的規范。另外,如果你想擴展Java語言,或是把其它語言編譯成Java語言的位元組碼,你也需要深入地了解Java虛擬機。

3.Java虛擬機支持的數據類型

Java虛擬機支持Java語言的基本數據類型如下:

byte://1位元組有符號整數的補碼
short://2位元組有符號整數的補碼
int://4位元組有符號整數的補碼
long://8位元組有符號整數的補碼
float://4位元組IEEE754單精度浮點數
double://8位元組IEEE754雙精度浮點數
char://2位元組無符號Unicode字元

幾乎所有的Java類型檢查都是在編譯時完成的。上面列出的原始數據類型的數據在Java執行時不需要用硬體標記。*作這些原始數據類型數據的位元組碼(指令)本身就已經指出了*作數的數據類型,例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把兩個數相加,其*作數類型別是int、long、 float和double。虛擬機沒有給boolean(布爾)類型設置單獨的指令。boolean型的數據是由integer指令,包括integer 返回來處理的。boolean型的數組則是用byte數組來處理的。虛擬機使用IEEE754格式的浮點數。不支持IEEE格式的較舊的計算機,在運行 Java數值計算程序時,可能會非常慢。

虛擬機支持的其它數據類型包括:
object//對一個Javaobject(對象)的4位元組引用
returnAddress//4位元組,用於jsr/ret/jsr-w/ret-w指令
注:Java數組被當作object處理。

虛擬機的規范對於object內部的結構沒有任何特殊的要求。在Sun公司的實現中,對object的引用是一個句柄,其中包含一對指針:一個指針指向該object的方法表,另一個指向該object的數據。用Java虛擬機的位元組碼表示的程序應該遵守類型規定。Java虛擬機的實現應拒絕執行違反了類型規定的位元組碼程序。Java虛擬機由於位元組碼定義的限制似乎只能運行於32位地址空間的機器上。但是可以創建一個Java虛擬機,它自動地把位元組碼轉換成64位的形式。從Java虛擬機支持的數據類型可以看出,Java對數據類型的內部格式進行了嚴格規定,這樣使得各種Java虛擬機的實現對數據的解釋是相同的,從而保證了Java的與平台無關性和可
移植性。

二、Java虛擬機體系結構

Java虛擬機由五個部分組成:一組指令集、一組寄存器、一個棧、一個無用單元收集堆(Garbage-collected-heap)、一個方法區域。這五部分是Java虛擬機的邏輯成份,不依賴任何實現技術或組織方式,但它們的功能必須在真實機器上以某種方式實現。

1.Java指令集

Java虛擬機支持大約248個位元組碼。每個位元組碼執行一種基本的CPU運算,例如,把一個整數加到寄存器,子程序轉移等。Java指令集相當於Java程序的匯編語言。
Java指令集中的指令包含一個單位元組的*作符,用於指定要執行的*作,還有0個或多個*作數,提供*作所需的參數或數據。許多指令沒有*作數,僅由一個單位元組的*作符構成。 虛擬機的內層循環的執行過程如下:

do{
取一個*作符位元組;
根據*作符的值執行一個動作;
}while(程序未結束)

由於指令系統的簡單性,使得虛擬機執行的過程十分簡單,從而有利於提高執行的效率。指令中*作數的數量和大小是由*作符決定的。如果*作數比一個位元組大,那麼它存儲的順序是高位位元組優先。例如,一個16位的參數存放時佔用兩個位元組,其值為:

第一個位元組*256+第二個位元組位元組碼指令流一般只是位元組對齊的。指令tableswitch和lookup是例外,在這兩條指令內部要求強制的4位元組邊界對齊。

2.寄存器

Java虛擬機的寄存器用於保存機器的運行狀態,與微處理器中的某些專用寄存器類似。

Java虛擬機的寄存器有四種:
pc:Java程序計數器。
optop:指向*作數棧頂端的指針。
frame:指向當前執行方法的執行環境的指針。
vars:指向當前執行方法的局部變數區第一個變數的指針。

Java虛擬機

Java虛擬機是棧式的,它不定義或使用寄存器來傳遞或接受參數,其目的是為了保證指令集的簡潔性和實現時的高效性(特別是對於寄存器數目不多的處理器)。
所有寄存器都是32位的。

3.棧

Java虛擬機的棧有三個區域:局部變數區、運行環境區、*作數區。

(1)局部變數區 每個Java方法使用一個固定大小的局部變數集。它們按照與vars寄存器的字偏移量來定址。局部變數都是32位的。長整數和雙精度浮點數占據了兩個局部變數的空間,卻按照第一個局部變數的索引來定址。(例如,一個具有索引n的局部變數,如果是一個雙精度浮點數,那麼它實際占據了索引n和n+1所代表的存儲空間。)虛擬機規范並不要求在局部變數中的64位的值是64位對齊的。虛擬機提供了把局部變數中的值裝載到*作數棧的指令, 也提供了把*作數棧中的值寫入局部變數的指令。

(2)運行環境區 在運行環境中包含的信息用於動態鏈接,正常的方法返回以及異常傳播。

·動態鏈接
運行環境包括對指向當前類和當前方法的解釋器符號表的指針,用於支持方法代碼的動態鏈接。方法的class文件代碼在引用要調用的方法和要訪問的變數時使用符號。動態鏈接把符號形式的方法調用翻譯成實際方法調用,裝載必要的類以解釋還沒有定義的符號,並把變數訪問翻譯成與這些變數運行時的存儲結構相應的偏移地址。動態鏈接方法和變數使得方法中使用的其它類的變化不會影響到本程序的代碼。

·正常的方法返回
如果當前方法正常地結束了,在執行了一條具有正確類型的返回指令時,調用的方法會得到一個返回值。執行環境在正常返回的情況下用於恢復調用者的寄存器,並把調用者的程序計數器增加一個恰當的數值,以跳過已執行過的方法調用指令,然後在調用者的執行環境中繼續執行下去。

·異常和錯誤傳播
異常情況在Java中被稱作Error(錯誤)或Exception(異常),是Throwable類的子類,在程序中的原因是:①動態鏈接錯,如無法找到所需的class文件。②運行時錯,如對一個空指針的引用

·程序使用了throw語句。
當異常發生時,Java虛擬機採取如下措施:
·檢查與當前方法相聯系的catch子句表。每個catch子句包含其有效指令范圍,能夠處理的異常類型,以及處理異常的代碼塊地址。
·與異常相匹配的catch子句應該符合下面的條件:造成異常的指令在其指令范圍之內,發生的異常類型是其能處理的異常類型的子類型。如果找到了匹配的catch子句,那麼系統轉移到指定的異常處理塊處執行;如果沒有找到異常處理塊,重復尋找匹配的catch子句的過程,直到當前方法的所有嵌套的 catch子句都被檢查過。
·由於虛擬機從第一個匹配的catch子句處繼續執行,所以catch子句表中的順序是很重要的。因為Java代碼是結構化的,因此總可以把某個方法的所有的異常處理器都按序排列到一個表中,對任意可能的程序計數器的值,都可以用線性的順序找到合適的異常處理塊,以處理在該程序計數器值下發生的異常情況。
·如果找不到匹配的catch子句,那麼當前方法得到一個"未截獲異常"的結果並返回到當前方法的調用者,好像異常剛剛在其調用者中發生一樣。如果在調用者中仍然沒有找到相應的異常處理塊,那麼這種錯誤傳播將被繼續下去。如果錯誤被傳播到最頂層,那麼系統將調用一個預設的異常處理塊。
(3)*作數棧區 機器指令只從*作數棧中取*作數,對它們進行*作,並把結果返回到棧中。選擇棧結構的原因是:在只有少量寄存器或非通用寄存器的機器(如Intel486)上,也能夠高效地模擬虛擬機的行為。*作數棧是32位的。它用於給方法傳遞參數,並從方法接收結果,也用於支持*作的參數,並保存*作的結果。例如,iadd指令將兩個整數相加。相加的兩個整數應該是*作數棧頂的兩個字。這兩個字是由先前的指令壓進堆棧的。這兩個整數將從堆棧彈出、相加,並把結果壓回到*作數棧中。

每個原始數據類型都有專門的指令對它們進行必須的*作。每個*作數在棧中需要一個存儲位置,除了long和double型,它們需要兩個位置。* 作數只能被適用於其類型的*作符所*作。例如,壓入兩個int類型的數,如果把它們當作是一個long類型的數則是非法的。在Sun的虛擬機實現中,這個限制由位元組碼驗證器強制實行。但是,有少數*作(*作符pe和swap),用於對運行時數據區進行*作時是不考慮類型的。

4.無用單元收集堆

Java的堆是一個運行時數據區,類的實例(對象)從中分配空間。Java語言具有無用單元收集能力:它不給程序員顯式釋放對象的能力。Java不規定具體使用的無用單元收集演算法,可以根據系統的需求使用各種各樣的演算法。

5.方法區

方法區與傳統語言中的編譯後代碼或是Unix進程中的正文段類似。它保存方法代碼(編譯後的java代碼)和符號表。在當前的Java實現中,方法代碼不包括在無用單元收集堆中,但計劃在將來的版本中實現。每個類文件包含了一個Java類或一個Java界面的編譯後的代碼。可以說類文件是Java 語言的執行代碼文件。為了保證類文件的平台無關性,Java虛擬機規范中對類文件的格式也作了詳細的說明。其具體細節請參考Sun公司的Java虛擬機規范。

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