เหตุใด Java Platform จึงเป็นภาษาอิสระ

บทนำ

Java ได้รับความนิยมอย่างมากจากภาษาโปรแกรมอื่นๆ ทั้งหมดตั้งแต่กำเนิด และเหตุผลสำหรับการตอบสนองอันยิ่งใหญ่ดังกล่าวก็คือความสามารถในการมอบคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ ไวยากรณ์ Java จะเกือบจะคล้ายกับ c ++ แต่มีคุณสมบัติที่ไกลกว่า c ++

ความพร้อมใช้งานของการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (OOP) ทำให้ java โดดเด่นจากภาษาอื่นๆ ที่เหลืออยู่ในขณะนั้น Java ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ OOP เป็นแกนหลักและเป็นหนึ่งในเหตุผลที่เป็นภาษาที่ใช้มากที่สุด แนวคิดนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ การดำเนินการที่ราบรื่น ณ เวลานี้ อาจมีคำถามในใจว่า “ทำไมต้องใช้วัตถุ”

ออบเจ็กต์ใน Java คล้ายกับโครงสร้างในภาษาซี โดยเราจะรวมเมธอดและตัวแปรที่คล้ายคลึงกันเข้าด้วยกัน นอกจากนี้ Java ยังจัดเตรียมสิ่งที่เป็นนามธรรม การห่อหุ้ม การสืบทอด และความหลากหลายซึ่งสนับสนุนให้ผู้ใช้นำวัตถุไปใช้

Java มีบทบาทสำคัญในหลายโดเมน เช่น การพัฒนาแอป การพัฒนาเว็บ การสร้างเครื่องมือซอฟต์แวร์ นอกจากนี้ยังมีห้องสมุดจำนวนมากซึ่งทำให้สิ่งต่างๆ ง่ายขึ้น นอกจากนี้ ความพร้อมใช้งานของ IDE ยังมีบทบาทสำคัญในการดึงดูดความสนใจของนักพัฒนาอีกด้วย IDE เช่น Eclipse, IntelliJ, NetBeans มักถูกใช้โดยนักพัฒนาหลายคน

เอาล่ะ มาที่การสนทนาของเรากัน

แต่ก่อนอื่น ความเป็นอิสระของแพลตฟอร์มหมายความว่าอย่างไร เพื่อให้ได้คำตอบสำหรับคำถามนั้น เราจำเป็นต้องรู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเรารวบรวมโค้ด

การรวบรวมรหัส

เมื่อใดก็ตามที่เราเขียนโค้ด เราจะปฏิบัติตามรูปแบบต่างๆ ของภาษาโปรแกรม ซึ่งจะมีความสามารถในการอ่านได้พอสมควร และประกอบด้วยคำ วลี ชื่อตัวแปร ชื่อเมธอด ฯลฯ ไม่กี่คำ สิ่งเหล่านี้ถือเป็นข้อความที่มนุษย์สามารถอ่านได้และมนุษย์สามารถเข้าใจได้

ดังนั้นเครื่องจึงใช้คอมไพเลอร์เพื่อแปลงซอร์สโค้ดเป็นโค้ดที่เครื่องอ่านได้ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าภาษาระดับเครื่อง คอมไพเลอร์สร้างโค้ดระดับเครื่องในการนำเสนอเฉพาะเพื่อให้ CPU สามารถเข้าใจได้ง่าย และด้วยเหตุนี้จึงดำเนินการได้อย่างราบรื่น

การสร้างภาษาระดับเครื่องนี้แตกต่างกันไปตามภาษาการเขียนโปรแกรมแต่ละภาษาและระบบปฏิบัติการแต่ละระบบ ตัวอย่างเช่น c/c++ จะสร้างไฟล์ .exe ที่ไม่เหมือนกันสำหรับสองเครื่อง หากใช้งานบนระบบปฏิบัติการอื่น

และนี่คือปัญหาที่เกิดขึ้น!

เมื่อภาษาระดับเครื่องแตกต่างกันไปตามระบบปฏิบัติการแต่ละระบบ เราไม่สามารถเรียกใช้โค้ดที่คอมไพล์ในเครื่องอื่นในเครื่องใหม่ได้ เว้นแต่ว่าทั้งสองระบบทำงานบนระบบปฏิบัติการเดียวกัน นี่เป็นเรื่องไร้สาระสำหรับโปรแกรมเมอร์และนักพัฒนาหลายคน

แต่ Java ทำให้สิ่งต่างๆ ง่ายขึ้น และจาวาก็มีวิธีแก้ปัญหานี้ มาเริ่มกันเลย.

Java เป็นแพลตฟอร์มอิสระ

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราคอมไพล์โค้ดใน java?

เมื่อใดก็ตามที่เราป้อนคำสั่ง "javac filename.java" หรือคอมไพล์โค้ดใน java javac จะคอมไพล์โค้ด และสร้างโค้ดระดับกลางที่เรียกว่า Byte Code

นี่คือจุดที่จาวาสร้างความแตกต่างระหว่างภาษาโปรแกรมต่างๆ ทั้งหมด มันสร้างไฟล์ .class ซึ่งถือเป็นรหัสไบต์ ในขณะที่ภาษาเช่น c/c++ จะสร้างโค้ดที่เรียกใช้งานได้โดยกำเนิดเมื่อคอมไพล์และทำให้ขึ้นกับแพลตฟอร์ม

เดี๋ยวก่อน นี่ยังเร็วเกินไปสำหรับการเฉลิมฉลอง รหัสไบต์นี้ไม่สามารถเรียกใช้งานได้ เราต้องการนักแปลเพื่อรันโค้ดไบต์นี้ และ JVM ก็ทำหน้าที่นี้ โดยทั่วไป JVM จะอยู่ในหน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์ของเรา Java Virtual Machine ทำหน้าที่เป็นล่าม จากนั้นรันโค้ดไบต์ที่สร้างโดย javac

และตอนนี้เราทำเสร็จแล้ว รหัสของเราก็ทำงานสำเร็จ

แล้ว java จะจัดการมันคนเดียวได้อย่างไร?

และคำตอบก็คือ เป็นเพราะ JVM รหัสไบต์ที่สร้างโดยการรวบรวมซอร์สโค้ดจะทำงานในระบบปฏิบัติการใดก็ได้ แต่ JVM ที่มีอยู่ในเครื่องจะแตกต่างกันไปในแต่ละระบบปฏิบัติการ และนี่คือวิธีที่จาวาถือเป็นภาษาโปรแกรมที่ไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์ม

เพื่อให้เข้าใจอย่างถูกต้อง เรามาทำความเข้าใจสถาปัตยกรรมและการทำงานของ JVM กัน

สถาปัตยกรรม JVM

JVM เป็นส่วนหนึ่งของสภาพแวดล้อมรันไทม์ของ Java และมีหน้าที่ในการแปลงไฟล์ .java เป็นไฟล์ .class เมื่อเราคอมไพล์โค้ดจาวา JVM จะเรียกเมธอดหลักในซอร์สโค้ด

สถาปัตยกรรม JVM

ClassLoader

เป็นระบบย่อยในเครื่องเสมือน Java มันโหลดไฟล์ .class ตรวจสอบว่ามีข้อยกเว้นหรือไม่ และเป็นสาเหตุของข้อยกเว้นรันไทม์เพียงเล็กน้อย และหลังจากตรวจสอบแล้ว ระบบจะจัดสรรหน่วยความจำสำหรับตัวแปรและวิธีการที่มีอยู่ กำหนดค่าเริ่มต้นให้กับตัวแปรและอาร์เรย์ นอกจากนี้ยังรันเมธอดหรือตัวแปรสแตติกที่มีอยู่ในโค้ด

มีตัวโหลดคลาสในตัว 3 inJVMm, bootstrap classloader, Extension classloader, Application classloader

พื้นที่หน่วยความจำใน JVM

วิธีการ/พื้นที่คลาส

มันเก็บข้อมูลเช่นชื่อคลาส ชื่อเมธอด ตัวแปร เป็นทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันสำหรับวิธีการและตัวแปรทั้งหมดในชั้นเรียน

กอง

มันเก็บข้อมูลของข้อมูลทั้งหมดที่จัดเก็บไว้ในพื้นที่ฮีป

กองภาษา JVM

มันเก็บข้อมูลในบล็อคที่เรียกว่า stack-frames/frames ซึ่งเก็บข้อมูลปัจจุบันเมื่อมีการเรียกใช้ฟังก์ชัน จัดเก็บตัวแปรในเครื่อง มันยังมีบทบาทสำคัญในการจัดการเธรด

ลงทะเบียนพีซี

มันเก็บที่อยู่ของคำสั่งที่กำลังดำเนินการอยู่ มีประโยชน์ในสถานการณ์การดำเนินการแบบมัลติเธรด

Native Method Stack

มันเก็บข้อมูลทั้งหมดของวิธีการดั้งเดิมที่ใช้

เครื่องมือดำเนินการ

เอ็นจิ้นการดำเนินการจะรันโค้ดไบต์ และจะลบหน่วยความจำที่จัดสรรไปยังอ็อบเจ็กต์ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้หรือไม่มีการอ้างอิง ล่ามในเอ็นจิ้นการดำเนินการจะดำเนินการโค้ดไบต์โดยการอ่านในสตรีมและตีความทีละบรรทัด

นอกจากนี้ยังมีส่วนที่น่าตื่นเต้นที่เรียกว่า คอมไพเลอร์ JIT (Just In Time Compiler) ซึ่งจะสร้างโค้ดปฏิบัติการแบบเนทีฟสำหรับเมธอด ดังนั้นหากมีการเรียกใช้ฟังก์ชันหลายรายการ JVM ไม่จำเป็นต้องตีความมันอีก แต่ใช้โค้ดเรียกทำงานแบบเนทีฟโดยตรง ดังนั้นจึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการดำเนินการ

อินเทอร์เฟซวิธีการดั้งเดิม

java ใช้อินเทอร์เฟซนี้เพื่อโต้ตอบกับแอปพลิเคชันที่ใช้งานในภาษาต่างๆ เช่น C/C++ การโต้ตอบเป็นแบบสองทิศทาง โดยที่ JVM อาจเรียกแอปพลิเคชันเหล่านั้นหรือแอปพลิเคชันเหล่านั้นสามารถเรียกได้

ไลบรารีวิธีการดั้งเดิม

มันติดตามไลบรารีภาษาแม่ซึ่งอาจใช้โดยเอ็นจิ้นการดำเนินการ

ตอนนี้เราเข้าใจสถาปัตยกรรมของ JVM แล้ว กลับมาที่การสนทนาของเรากัน ดังนั้น JVM นี้จึงแตกต่างกันสำหรับระบบปฏิบัติการที่แตกต่างกัน แต่ผลลัพธ์ที่สร้างโดย JVM เหล่านั้นจะเหมือนกันสำหรับรหัสไบต์เดียวกันที่ให้ไว้

อ่านเพิ่มเติม: แนวคิดและหัวข้อโปรเจ็กต์ Java

เรียนรู้ หลักสูตรการพัฒนาซอฟต์แวร์ออนไลน์ จากมหาวิทยาลัยชั้นนำของโลก รับโปรแกรม PG สำหรับผู้บริหาร โปรแกรมประกาศนียบัตรขั้นสูง หรือโปรแกรมปริญญาโท เพื่อติดตามอาชีพของคุณอย่างรวดเร็ว

บทสรุป

เราได้ผ่านฟีเจอร์เฉพาะของจาวามาบ้างแล้ว เข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราคอมไพล์โค้ดในภาษาเช่น C/C++ เข้าใจความแตกต่างระหว่างโค้ดที่เรียกใช้งานได้โดยกำเนิดและโค้ดไบต์ เราได้อธิบายเกี่ยวกับสาเหตุที่ Java ถือเป็นภาษาที่ไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์ม เข้าใจว่า JVM เป็นเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังความเป็นอิสระของแพลตฟอร์มของ java เราได้ดูสถาปัตยกรรม JVM เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

เมื่อคุณทราบสาเหตุที่จาวาไม่ขึ้นกับแพลตฟอร์มแล้ว ให้สำรวจคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ ของ java และเริ่มใช้งาน!

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Java การพัฒนาซอฟต์แวร์แบบฟูลสแตก โปรดดูโปรแกรม Executive PG ของ upGrad & IIIT-B ในการพัฒนาซอฟต์แวร์แบบครบวงจร ซึ่งออกแบบมาสำหรับมืออาชีพที่ทำงานและมีการฝึกอบรมที่เข้มงวดมากกว่า 500 ชั่วโมง 9+ โครงการและการมอบหมาย สถานะศิษย์เก่า IIIT-B โครงการหลักในทางปฏิบัติและความช่วยเหลือด้านงานกับบริษัทชั้นนำ