6.2 无关性的基石
6.2 无关性的基石
如果全世界所有计算机的指令集就只有x86一种，操作系统就只有Windows一种，那也许就不会有Java语言的出现。Java在刚刚诞生之时曾经提出过一个非常著名的宣传口号“一次编写，到处运行 （Write Once，Run Anywhere）”，这句话充分表达了当时软件开发人员对冲破平台界限的渴求。在每时每刻都充满竞争的IT业界，不可能只有Wintel^1存在，我们也不希望出现只有Wintel而没有竞争者的世界，各种不同的硬件体系结构、各种不同的操作系统肯定将会长期并存发展。“与平台无关”的理想最终只有实现在操作系统以上的应用层：Oracle公司以及其他虚拟机发行商发布过许多可以运行在各种不同硬件平台和操作系统上的Java虚拟机，这些虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码，从而实现了程序的“一次编写，到处运行”。
各种不同平台的Java虚拟机，以及所有平台都统一支持的程序存储格式——字节码（Byte Code） 是构成平台无关性的基石，但本节标题中笔者刻意省略了“平台”二字，那是因为笔者注意到虚拟机的 另外一种中立特性——语言无关性正在越来越被开发者所重视。直到今天，或许还有相当一部分程序 员认为Java虚拟机执行Java程序是一件理所当然和天经地义的事情。但在Java技术发展之初，设计者们 就曾经考虑过并实现了让其他语言运行在Java虚拟机之上的可能性，他们在发布规范文档的时候，也 刻意把Java的规范拆分成了《Java语言规范》（The Java Language Specification）及《Java虚拟机规范》 （The Java Virtual Machine Specification）两部分。并且早在1997年发表的第一版《Java虚拟机规范》中 就曾经承诺过：“在未来，我们会对Java虚拟机进行适当的扩展，以便更好地支持其他语言运行于Java 虚拟机之上”（In the future，we will consider bounded extensions to the Java virtual machine to provide better support for other languages）。Java虚拟机发展到今天，尤其是在2018年，基于HotSpot扩展而来 的GraalVM公开之后，当年的虚拟机设计者们已经基本兑现了这个承诺。
时至今日，商业企业和开源机构已经在Java语言之外发展出一大批运行在Java虚拟机之上的语言， 如Kotlin、Clojure、Groovy、JRuby、JPython、Scala等。相比起基数庞大的Java程序员群体，使用过这 些语言的开发者可能还不是特别多，但是听说过的人肯定已经不少，随着时间的推移，谁能保证日后 Java虚拟机在语言无关性上的优势不会赶上甚至超越它在平台无关性上的优势呢？
实现语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。Java虚拟机不与包括Java语言在内的任何程序语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集、符号表以及若干其他辅助信息。基于安全方面的考虑，《Java虚拟机规范》中要求在Class文件必须应用许多强制性的语法和结构化约束，但图灵完备的字节码格式，保证了任意一门功能性语言都可以表示为一个能被Java虚拟机所接受的有效的Class文件。作为一个通用的、与机器无关的执行平台，任何其他语言的实现者都可以将Java虚拟机作为他们语言的运行基础，以Class文件作为他们产品的交付媒介。例如，使用Java编译器可以把Java代码编译为存储字节码的Class文件，使用JRuby等其他语言的编译器一样可以把它们的源程序代码编译成Class文件。虚拟机丝毫不关心Class的来源是什么语言，它与程序语言之间的关系如图6-1所示。
Java语言中的各种语法、关键字、常量变量和运算符号的语义最终都会由多条字节码指令组合来表达，这决定了字节码指令所能提供的语言描述能力必须比Java语言本身更加强大才行。因此，有一些Java语言本身无法有效支持的语言特性并不代表在字节码中也无法有效表达出来，这为其他程序语言实现一些有别于Java的语言特性提供了发挥空间。
