Java的跨平臺是通過Java虛擬機（JVM）來實現的。
Java源文件的編譯過程
Java應用程序的開發週期包括編譯、下載、解釋和執行幾個部分。Java編譯程序將Java源程序翻譯爲JVM可執行代碼—字節碼。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，該代碼是爲在某一特定硬件平臺運行而產生的。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爲特定的內存偏移量，以保證程序運行。Java編譯器卻不將對變量和方法的引用編譯爲數值引用，也不確定程序執行過程中的內存佈局，而是將這些符號引用信息保留在字節碼中，由解釋器在運行過程中創建內存佈局，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。
Java解釋器的執行過程
運行JVM字節碼的工作是由解釋器來完成的。解釋執行過程分三步進行：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它類。在本臺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佈局。解釋器爲符號引用同特定的地址空間建立對應關係及查詢表。通過在這一階段確定代碼的內存佈局，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，被裝入的代碼由字節碼校驗器進行檢查。校驗器可發現操作數棧溢出，非法數據類型轉換等多種錯誤。通過校驗後，代碼便開始執行了。
Java字節碼的兩種執行方式
1、即時編譯方式：解釋器先將字節碼編譯成機器碼，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字節碼程 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，這使得將字節碼翻譯爲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字節碼即時編譯爲機器碼，從而很好地保證了Java代碼的可移植性和高性能。
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，爲解釋程序開發人員提供很好的靈活性，同時也確保Java代碼可在符合該規範的任何系統上運行。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，即字節碼(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、常量緩衝池在JVM的存儲映象。這些定義爲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是爲Java字節碼定義的一種獨立於具體平臺的規格描述，是Java平臺獨立性的基礎。
Java程序執行與C/C++程序執行的對比分析
如果把Java源程序想象成我們的C++源程序，Java源程序編譯後生成的字節碼就相當於C++源程序編譯後的80x86的機器碼（二進制程序文件），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字節碼。
Java解釋器相當於運行Java字節碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬件實現的，而是用軟件實現的。Java解釋器實際上就是特定的平臺下的一個應用程序。只要實現了特定平臺下的解釋器程序，Java字節碼就能通過解釋器程序在該平臺下運行，這是Java跨平臺的根本。當前，並不是在所有的平臺下都有相應Java解釋器程序，這也是Java並不能在所有的平臺下都能運行的原因，它只能在已實現了Java解釋器程序的平臺下運行。
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