Java虚拟机（JVM）平台无关？相关？

计算机的概念模型

计算机实际上就是实现了一个图灵机模型。即，输入参数，根据程序计算，输出结果。图灵机模型如图。

Tape是输入数据，Program是针对这些数据进行计算的程序，中间横着的方块表示的是机器的状态。

目前使用的电子计算机都是实现了这样一个抽象模型的产物，只不过物理实现上不一样。

比如，典型的加法运算。

c = a + b

a和b是输入参数，c是加法的输出。

如何实现运算？

设计一台电脑。CPU里面有一个加法器。现在如何实现加法运算，并将结果输出呢？实际上可以采用如下的方式。

• 有一根内存条
• 有一个CPU
• CPU含有3条指令（加法，读取内存，写入内存）

那么如何实现上述的加法运算呢？我们可以采用下面的模式

第一步，将a放入内存

第二步，将b压栈

第三步，CPU从内存读取a和b，并进行加法运算

第四步，将内存中的a和b清空，并将计算后的结果c放入内存

这种计算机被称为栈式计算机。我们不仅可以在CPU中执行加法，还可以加入减法，乘法，除法，等等。

这种计算机的好处是指令集紧凑精简，所有操作都以栈顶元素为对象。

但是，它也存在一些固有缺陷，如执行效率较低（因为对于计算机而言，访问内存操作是一种时间开销极大的行为）、寻址能力受限等。

改进

为了让栈式计算机能够快速地进行运算。CPU可以在内部加入一个寄存器(register)，用于总是保存栈顶数据。其计算过程如图。

由于寄存器处于CPU内部，其访问速度远远大于对内存的直接访问，

后来随着技术的发展，CPU内部的寄存器越来越多。不同的厂商针对各自的架构设计特点，发展出了属于各自架构的寄存器。以x86架构为例（也就是我们常见的AMD或Intel CPU），整数寄存器有32个，并且针对每一个寄存器都标记了一个编号以及别名。 下面以0-2号寄存器为例进行说明。

编号	别名
0	rax
1	rcx
2	rdx

于是，CPU发展出下面的形式。

架构类型

由于不同厂商实现寄存器和访问内存（简称访存）方式的不同，发展出了复杂指令集架构（CISC）和精简指令集架构（RISC）。比如，在x86（CISC指令集）上实现加法的指令为

ADD EAX, EBX

该指令将EAX寄存器中的值与EBX寄存器中的值相加后，将结果放入EBX。

而典型的ARM架构（RISC指令集）实现加法则为

ADD X0, X1, X2

其含义为将x1和x2寄存器中的值相加，将结果放入x0寄存器中。

实际上，不仅二者汇编指令的编写不一致，而且由此翻译成的机器码也不一直。对于x86的加法例子，CPU执行上述加法的机器码为

0x01C3

而对于ARM架构的例子机器码为

0x8B000000

平台相关性

对于同样的加法，在x86和ARM上实现的指令机器码是不一样的。所以，如果有程序要实现一个加法，那么在计算机底层执行时，其执行的内容是不一样的。

对于C语言这样的高级语言而言，当实现一个加法运算。例如

int a,b,c;
a = b + c;

在经过编译器（如gcc）编译后，其源文件被编译生成了可被指定平台识别的二进制可执行文件。该文件中关于实现加法的指令是不同的。因此，尽管高级语言编写的内容一致，但可执行程序在最后一步执行时是平台相关的。

Java程序的平台无关性

所谓的Java程序平台无关性是指由Java语言编写的源程序经过Java虚拟机（JVM）编译后，生成的二进制文件(.class)是一致的。即不管是在ARM上编译生成的.class文件还是x86上生成的.class文件，其内容是一样的。不管什么平台的Java虚拟机都可根据这些.class文件执行。这就与gcc编译器完全不同，gcc生成的二进制文件必须符合平台的要求，否则不能执行。

原因

Java虚拟机（JVM）在运行Java程序的时候首先会读取这些.class文件，将其内容加载到虚拟机内部。至于为什么JVM称为虚拟机呢？这是因为JVM内部实际上是一个由纯软件方式实现的栈式计算机。该栈式计算机被称为hotspot，几乎全部由C++实现。，在hotspot之外，包裹了一层Java语言编写的外壳(jdk)供开发者调用。

本质上说，在软件层面，所有的Java程序运行都通过纯软件的栈式计算机实现计算。但是栈式计算机的具体计算过程，则由平台的具体指令实现。

这也是为什么openjdk的源码目录结构中会出现不同架构的文件夹。

不仅如此，为了能够实现**“一次编译，处处执行”**，Java虚拟机还能根据不同的操作系统进行适配，对于有些与操作系统和CPU结合的部分，也提供了不同的实现。

结论

Java虚拟机即是平台无关，也是平台相关。平台无关是因为其执行过程是由纯软件实现的栈式计算机实现，而平台相关是因为Java虚拟机的具体操作跟平台指令和操作系统相关。