現(xiàn)在的 Java 還是平臺(tái)無(wú)關(guān)的嗎?
答案,真不一定!
雖然 Java 在誕生之初,設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)就是跨平臺(tái),并且也做了很多事情來(lái)讓這個(gè)成為可能,也是很多年來(lái)Java的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。但隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的變化,Java的跨平臺(tái)特性并不是在所有情況下都是絕對(duì)必要的。
Java 是如何實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的?
平臺(tái)無(wú)關(guān)性就是一種語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行不受平臺(tái)的約束,一次編譯,到處執(zhí)行(Write Once, Run Anywhere)。也就是說(shuō),用Java創(chuàng)建的可執(zhí)行二進(jìn)制程序,能夠不加改變的運(yùn)行于多個(gè)平臺(tái)。
Java通過(guò)JVM(Java虛擬機(jī))實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)無(wú)關(guān)性。JVM是一個(gè)平臺(tái)相關(guān)的軟件,它為Java程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境。只要設(shè)備上安裝了相應(yīng)平臺(tái)的JVM,Java程序就可以在任何平臺(tái)上運(yùn)行,不需要做任何修改。這就是“一次編寫(xiě),到處運(yùn)行(Write Once, Run Anywhere, WORA)”的理念。
靜態(tài)編譯技術(shù)介紹
然而,在當(dāng)前出現(xiàn)了眾多靜態(tài)編譯技術(shù)。
例如:
預(yù)先編譯(AOT,Ahead-Of-Time Compilation):這涉及到將Java字節(jié)碼提前轉(zhuǎn)換成特定平臺(tái)的機(jī)器碼,而不是依賴于運(yùn)行時(shí)的即時(shí)編譯(JIT)。這樣的方法有助于縮短JVM的啟動(dòng)時(shí)間,并優(yōu)化程序的執(zhí)行效率。
GraalVM的原生鏡像(Native Image):GraalVM提供了一種機(jī)制,可以將Java應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成所謂的“原生映像”,這種映像能夠在操作系統(tǒng)層面直接運(yùn)行,無(wú)需JVM的介入。
無(wú)論是通過(guò)AOT編譯將代碼提前轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼,還是利用Native Image技術(shù)消除對(duì)JVM的依賴,最終生成的程序都是與特定平臺(tái)綁定的。
什么是AOT編譯?
AOT(Ahead-Of-Time Compilation)編譯是指在程序運(yùn)行之前,將Java字節(jié)碼編譯成特定平臺(tái)的機(jī)器碼。這種方式可以減少JVM啟動(dòng)時(shí)間并提高程序運(yùn)行效率。
為什么Java要走回頭路?
Java之所以采用AOT和Native Image等技術(shù),犧牲一定的平臺(tái)無(wú)關(guān)性,主要是為了適應(yīng)云原生和Serverless的環(huán)境。在這些環(huán)境中,平臺(tái)無(wú)關(guān)性的重要性有所下降,而性能、資源利用率和部署的簡(jiǎn)便性變得更加重要。
特定平臺(tái)的機(jī)器碼:AOT編譯生成的是針對(duì)特定操作系統(tǒng)和硬件架構(gòu)的機(jī)器碼。這意味著編譯后的程序只能運(yùn)行在與編譯目標(biāo)相匹配的平臺(tái)上,與Java字節(jié)碼的跨平臺(tái)特性不同。
缺少JVM抽象層:Java的跨平臺(tái)特性很大程度上依賴于JVM提供的抽象層,它使得字節(jié)碼可以在任何安裝了相應(yīng)JVM的平臺(tái)上運(yùn)行。而AOT編譯繞過(guò)了JVM,直接生成機(jī)器碼,因此失去了這種抽象層。
部署復(fù)雜性:當(dāng)應(yīng)用程序使用AOT編譯后,可能需要為每個(gè)目標(biāo)平臺(tái)編譯一個(gè)特定版本的程序。這增加了部署的復(fù)雜性和工作量,因?yàn)殚_(kāi)發(fā)者需要管理多個(gè)版本的應(yīng)用程序。
維護(hù)成本:隨著平臺(tái)數(shù)量的增加,維護(hù)多個(gè)版本的應(yīng)用程序變得更加困難和昂貴。這與Java平臺(tái)無(wú)關(guān)性帶來(lái)的便利性形成了對(duì)比。
性能和資源權(quán)衡:AOT編譯通常用于提高程序的性能和減少啟動(dòng)時(shí)間,但這是以犧牲平臺(tái)無(wú)關(guān)性為代價(jià)的。在某些場(chǎng)景下,這種權(quán)衡是可接受的,尤其是在性能要求高、平臺(tái)相對(duì)固定的環(huán)境中。
云原生和容器化:在云原生和容器化環(huán)境中,應(yīng)用程序通常運(yùn)行在隔離的環(huán)境中(如Docker容器或Kubernetes集群),這些環(huán)境可以隱藏底層硬件和操作系統(tǒng)的差異。在這種情況下,AOT編譯帶來(lái)的平臺(tái)依賴性問(wèn)題不那么明顯。