节：虚拟机与Java虚拟机介绍

Posted 2022-09-01 李阿昀

在本讲，我会给大家介绍一下虚拟机和Java虚拟机这两个概念，关于这俩概念，大家都应该不感到陌生才行。

虚拟机

所谓虚拟机（英文为Virtual Machine，可简称为VM），就是一台虚拟的计算机。从概念上来讲，它是一款软件，而并不是所谓物理意义上的硬件，当然，它可以用来执行一系列虚拟计算机指令。

在我往下继续讲解之前，大家不妨先看一下下面这张图，相信大家对下图所描述的内容应该不会感到陌生。

可以看到，基于计算机硬件，我们会安装操作系统，常见的操作系统无非就是Windows和Linux了，然后在操作系统之上我们就可以跑一些具体的应用软件了，例如听歌的、办公的、聊天的等，从软件层面来分，这些都是属于应用软件，而操作系统则属于系统软件。

至于虚拟机，虽然我们可以将其理解成是一台虚拟的计算机，但是它还是一个软件层面上的概念，大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。

大名鼎鼎的Visual Box、VMware就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台。

说到这，大家应该对Visual Box、VMware这两虚拟机软件并不感到陌生吧！像我现在自己的Windows本，如果想在它上面装一个Linux操作系统，那么我就需要有一台虚拟的计算机了，而使用Visual Box或者VMware都可以达到这个目的。

其实，如果大家想在Windows本上做安卓开发，并同时希冀能有一个安卓模拟器可以运行开发好的安卓程序，那么你也得装一个相应的虚拟机才行。

介绍完系统虚拟机之后，那就得给大家介绍介绍程序虚拟机了。程序虚拟机的典型代表就是Java虚拟机，Java虚拟机无非就是来模拟具体Java程序的运行环境的，总之，它是专门为执行单个计算机程序而设计的，而且在Java虚拟机中执行的指令我们一般称为Java字节码指令。

注意，程序虚拟机是要装载在操作系统之上的，所以大家不难知道它其实就是属于应用软件。

这里说个题外话，相信有一些小伙伴在公司开发时公司会给配备苹果本，一般来说，好的公司都有免费配备苹果本，一来是因为大家都习惯使用苹果本来做开发了，二来是因为苹果本的硬件（包括硬件当中一些具体的像CPU等等结构的设计）、操作系统以及常用的一些软件都是由苹果公司自己来完成的，这样便导致了苹果本的一个高耦合度，所以它的整体性能就会发挥的非常好了。

说来惭愧，至今为止，我还没有一台属于自己的苹果笔记本，不过，我很期待这一天的到来。很多时候，我们会看到一个比较诡异的现象，就是有一些小伙伴买了一台苹果本之后，竟然不用苹果自己的Mac系统，反而在其上面装一个Windows系统，这就让人百思不得其解了，因为苹果本也不便宜，而且最主要的还是它的操作系统做的比较好，不用苹果自己的Mac系统，反而在其上面装一个Windows系统，纯粹是比较装了，压根就没有这样的必要，用苹果自己的Mac系统多优美啊！

题外话说完，最后我再给大家说一点，就是无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。

Java虚拟机

概述

相信大家对Java虚拟机已经不陌生了，Java虚拟机（Java Virtual Machine，可简写为JVM）无非就是一台执行Java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，而且其运行的Java字节码也未必一定是要由Java语言编译而成。

正如制作面包的机器需要有原材料一样，Java虚拟机的原材料就是字节码，只不过以前我们会将这个字节码称为Java字节码，这是因为Java虚拟机主要就是用来解释运行Java程序的。但是有了前面几讲的基础之后，我们知道现在Java虚拟机已经是一个跨语言的平台了，它解释运行的字节码不光是可以由Java语言编译而成的了，而且还可以是由任何一门语言编译而成，例如Groovy、Scala等，只要这门编程语言的编译结果满足并包含Java虚拟机的内部指令集、符号表以及其他的辅助信息即可。所以，现在这个字节码我们其实应该是称为JVM字节码才合适。关于这一点，大家需要不断地去强化记忆。

总之，只要字节码遵循Java虚拟机相应规范，那么它就可以作为原材料被Java虚拟机解释运行，或者叫做即时编译也行，最终展现一定的运行效果。

最后，还有两点大家知道一下就行，因为比较简单，大家就快速过一遍即可。要知道的第一点是JVM平台的各种语言可以共享Java虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器；而要知道的第二点则是Java技术的核心就是Java虚拟机，因为所有的Java程序都运行在Java虚拟机内部。

作用

Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。

关于Java指令具体内容，我会在字节码与类的加载这一篇章中来给大家进行详细讲解，所以大家也不要太着急。

特点

Java虚拟机的特点，我总结出来了有如下三点。

1. 一次编译，到处运行。
2. 自动内存管理。
3. 自动垃圾回收功能。

第一点其实是针对字节码文件来说的，而第二三点则是相较于C/C++语言的两个明显优点，说白了，就是不需要开发人员来手动参与内存的分配和回收了，好处当然是省事了，此外，从代码层面来讲，也降低了内存泄漏和内存溢出的风险，而对于程序员来讲，则只需要把重心关注到自身的业务方面就可以了。

总之，大家只需要把程序写完以后，编译成字节码文件，然后交由Java虚拟机解释运行即可，Java虚拟机则会自动地帮我们进行内存的管理。

这是不是感觉就非常好啊！但是，转折出现了，我们常说任何事物都是有利有弊的，既然如此，那么使用Java虚拟机的弊端又是什么呢？最大的弊端其实就是会降低程序员的能力要求，弱化程序员，长此以往下去，极有可能会给大家带来一些灾难性的问题。例如，Java程序员在程序处理过程当中，一旦遇到内存溢出错误和性能调优等问题，他可能就束手无策了，压根不知道该如何去解决这些问题，而这一切的缘由就是Java虚拟机自身会帮我们做很多事情。

所以，对于自动内存管理和自动垃圾回收，Java虚拟机是怎么设计的，我们的头脑一定要有一个清楚的认识。

就拿这几年炒得沸沸扬扬的人工智能来说，随着人工智能的崛起，大家现在都在讨论一个问题，就是这个人工智能未来到底会不会取代人类，或者超越人类，乃至于领导人类。关于该问题，国际上是存在两方不同的意见的，这两方不同意见的背后都有一些国际上的重量级人物在支持。

从深度学习的角度来讲，当然，大家得提前知道深度学习的组成，从网上不难搜索到深度学习的网络是由输入层、隐藏层、输出层组成的，如下所示。

• 输入层（Input layer）：输入训练数据。
• 隐藏层（Hidden layer）：提取特征，它有几层至几千层。
• 输出层（Output layer）：输出计算结果。

大家不妨再看一眼下面这张图，相信大家现在对深度学习的组成有了一个很直观的认识，有了这样一个直观的认识之后，下面我才能继续给大家讲解。

摆出一张猫的图片在面前，对于人类来讲，是很容易识别照片中的是一只猫的，比如猫的眼睛紧闭着，耳朵直挺挺地竖立着，尾巴被挡在了树的后面，这些人眼是一眼就能看出来的，但是对于计算机来说，它其实是并不认识猫的，它底层就知道0101...，然而计算机最终却识别出来了照片中的是一只猫，那么它是怎么做到的呢？

通过以上我们对深度学习的简单了解，不知道大家能不能知晓计算机最终是怎么做到的，如果不知道的话，那我就简单说一说吧！很简单，就是让猫的照片作为输入层的数据出现，然后经过中间很多层的隐藏层之后，使得程序的最终输出结果就是判断照片中的为一只猫。

正是因为如此，就出现了现在人们争论的焦点，人们争论的焦点就是计算机现在的隐藏层越来越多，比方说有可能会达到100多层之多，那么计算机在计算出我们想要的数据之外，它还做了哪些事情呢？它会不会在计算出我们需要的数据之外，还计算出来了一些其他的数据呢？而且由于我们人类并不清楚这些数据，那么后面会不会导致给人类造成一些不必要的灾难呢？这些都是我们不确定的。

这就像上面所说的Java虚拟机一样，程序员是可以不用再去对内存进行手动管理了，但这其实也有可能会带来一些灾难性的问题，所以我们就需要去了解Java虚拟机方方面面的细节了，嗯，就是这样！