探究java程序运行原理

        我以前是多C++程序开发的，2018年6月份进入平安寿险总部后才刚刚接触java，和很多初学java的萌新们一样，我也对java字节码是如何在机器上执行，java又是如何做到“一次编写，到处运行”充满了好奇。通过查阅资料加上自己的一些思考，将我对java程序运行原理的理解描述出来，如有不对之处还请大神帮忙斧正。

        众所周知，计算机永远只能执行二进制指令，不管是何种语言编写的程序，最终在计算机上执行的时候都是cpu指令集中一条条的二进制指令，通过程序计数器去寻址，加载到指令寄存器中，由cpu中的计算单元去执行。然而，cpu架构多种多样，每种架构的cpu指令集并不一样，x86上正常运行的二进制程序放到arm架构上，基本上是无法运行。此外，不同的操作系统，所支持的二进制可执行程序的格式也不一样，例如：linux支持ELF格式二进制可执行文件，而windows支持PE格式二进制可执行文件。如果把ELF格式的文件放到windows系统上面去运行，注定是无法运行的。总之，由于cpu指令集和操作系统的差异存在，二进制可执行文件想要实现“一次编写，到处运行”的理想基本上是痴人说梦。

        那么java程序又是如何实现“一次编写，到处运行”的理想的呢？我们不妨先类比思考下TCP/IP的网络模型：现实中的网络传输介质是多种多样的，有双绞线、光纤、还有无线电波，不同的传输介质，对于相同应用数据的电子信号表示肯定是不一样的。既然如此，那么TCP/IP的网络模型是如何实现数据的“一次封装，到处流通”的呢？首先TCP/IP使用了分层模型，数据链路层屏蔽了不同网络传输介质的差异性，使得网络层不用再关心物理链路的差异，只需要按照网络层协议格式封装数据报文，扔给链路层就行了。同样，我们使用分层的角度去看，java程序的运行也是类似原理：我们把java这个二进制程序看做是jvm虚拟机，jvm虚拟机屏蔽了cpu指令集和操作系统的各种差异，java程序员不用再关心底层的差异，只需要编写好java源代码，调用javac编译成统一的java字节码，再由jvm虚拟机将java字节码转换为二进制指令在计算机上面执行（这其中的转换可能相当复杂，鄙人能力有限，也不尽明白）。

        换个角度，我们从C程序员的角度去看：我们编写的java源文件由javac程序转换为统一格式的字节码文件，我们将这个字节码文件看成是统一标准格式的“数据文件”，java程序去加载这份“数据”，然后根据数据的内容去执行相应的操作。至于这些操作对应到计算机的二进制指令，我们是无需关心的。

        总之，大道至简，九九归一，计算机界很多东西的原理无非都是：向下封装，向上屏蔽，让上层不用再关心底层的差异，让站在肩上的人看得更高，望得更远。