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[技術短文]

實現 Java 平台的三種方式


廣泛地說,只要能執行 Java bytecode 者,就可以稱為 Java 平台(Java platform)。大致上,實現 Java 平台的方式有三種,分別是:
  • Java 虛擬機器(Java Virtual Machine,JVM)
  • Java 作業系統(Java Operating System)
  • Java 晶片(Java Chip)
以下就此三種 Java 平台提出解說,並比較之。

Java 虛擬機器
所謂的 Java 虛擬機器,指的是在作業系統上執行的一種程式,此程式可以解讀 Java bytecode,並在作業系統的幫助下執行 Java bytecode。這樣的執行架構,大致上可以分成四層,分別是:
  • 第一層(最上層)的 Java bytecode
  • 第二層的 Java 虛擬機器
  • 第三層的作業系統
  • 第四層(最底層)的晶片
晶片執行上面的作業系統,作業系統執行上面的 Java 虛擬機器,Java 虛擬機器執行上面的 Java bytecode。對於 Java bytecode 來說,它只接觸到 Java 虛擬機器,所以當然「誤以為」Java 虛擬機器就是它的平台。

實例:Pentium III Chip + Windows 2000 OS + Sun HotSpot Client VM + Together/ Java Application。

Java 作業系統
如果把 Java 虛擬機器整合進既有的作業系統中(例如:Mac OS X),或是打造一個全新的作業系統專門執行 Java bytecode(例如:JOS),這類能直接執行 Java bytecode 的作業系統也可視為 Java 平台。這樣的執行架構,大致上可以分成三層,分別是:
  • 第一層(最上層)的 Java bytecode
  • 第二層的 Java 作業系統
  • 第三層(最底層)的晶片
Java 晶片
如果把 Java 作業系統和既有的晶片整合起來成為一組新的晶片(例如:ARM 7、ARM 9),或者打造一個全新的 Java 專用晶片(例如:aJile aJ-100)那麼此一種類的晶片也是 Java 平台。這樣的執行架構,大致上可以分成兩層,分別是:
  • 第一層(最上層)的 Java bytecode
  • 第二層(最底層)的 Java 晶片
三種方式的比較
這三種都是 Java 平台,各有優缺點,很難說那一種方式比較好,必須看你的需求而定。

透過虛擬機器來執行 Java 是最常見的架構方式,一方面是因為虛擬機器的 Java 平台最容易被實作出來(相較於 Java 作業系統和 Java 晶片而言),二方面是因為只要有虛擬機器就可以讓在不更動實體平台(作業系統和 CPU)的情況下多了執行 Java 程式的功能。目前,多數主流的實體平台(包括 Windows、Linux、Mac、Solaris、PalmOS、EPOC...)都已經有 Java 虛擬機器了。

虛擬機器的架構因為分了太多層級,所以效率上當然會比較差,這是虛擬機器架構最為人所抨擊的地方。但是由於虛擬機器的技術一直在進步,所以執行效率一直都有持續的提升。目前已經相當逼近 Java 作業系統的架構方式,所以虛擬機器的方式應該會繼續成為 PC 上的 Java 平台主流。

一般來說,透過 Java 作業系統來執行 Java bytecode,效率會比虛擬機器的方式好。所以 Java 虛擬機器被整合進作業系統中,來提升該作業系統的附加價值,這種作法有可能會成為一種趨勢(例如 MacOS X 就把 Java 和作業系統作了很好的整合)。但如果設計一套只能執行 Java 的全新作業系統,可能不容易成功,因為全新的作業系統勢必面臨驅動程式(device driver)不足的嚴重困擾。因為此原因,加上事實證明作業系統的 Java 平台,比虛擬機器的 Java 平台效率提升不如預期多,所以 IBM 和 Sun 合作的純 Java 作業系統「JavaOS」計畫已經停擺。

利用晶片的方式來實作 Java 平台,對於 Java 程式的執行速度會有很大的提升,畢竟硬體的速度比軟體快許多。這種方式以後會成為嵌入式系統的主流,許多 Java 的 IA 產品(例如:Set-Top Box)都會開始使用 Java 晶片。但是這種方式已經把 Java 整個變成硬體平台,不適合再稱為跨平台了。

本文作者:蔡學鏞
撰文日期:07/30/01

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