| 文/iThome (記者) 2008-07-17 |
| 虛擬機器的好處相當明顯，技術瓶頸也一一被克服，所以未來將越來越蓬勃發展，許多原本是編譯式或解譯式的語言，都開始採用虛擬機器（例如Erlang）。 |
| 虛擬機器（Virtual Machine，VM）由來已久，早在1972年，IBM就推出所謂的VM/370產品；1973年Pascal語言就有所謂的P-code Machine（P-code的意思是Pseudo-code或Pascal-code）。但真正打響虛擬機器名號，讓虛擬機器廣為人知者，就要歸功於1990年代中期開始興起的Java了。 總而言之，虛擬機器就是「虛假」的機器，我們為這個想像中的機器定義好機器語言，寫一個「特殊程式」來解讀並執行此機器語言，這個特殊程式就是「虛擬機器」。最陽春的虛擬機器本質上就是「解譯器」。 一般人不會想直接用虛擬機器的機器語言寫程式，而是會用更高階的語言撰寫程式，再利用編譯器將高階語言編譯成虛擬機器語言。因此虛擬機器通常伴隨著編譯器而來，例如JVM的javac編譯器以及.NET CLR的csc編譯器。 高階語言如Java或C#，要能在作業系統和硬體上執行，其編譯器必須先將高階語言「編譯」成虛擬機器語言，然後虛擬機器再將此虛擬機器語言「解譯」成實際的機器語言。由於需要同時用到編譯器與解譯器，所以我們稱虛擬機器運作的方式是混合式（hybrid），虛擬機器語言則為「中間語言」或bytecode。 中間語言的最大好處是：它和底下實體機器（平臺）無關，所以可以跨平臺。只要平臺上有對應的虛擬機器，就能執行此中間語言。這是編譯式語言無法做到的。解譯式語言其實也有這個好處，但最大的缺點是源碼的暴露。 一般來說，中間語言的邏輯相當高階，可以很容易「反編譯」（decompile）回高階語言。所以Java程式和.NET程式，如果沒有經過混淆器（obfuscator）處理過，就直接發布給客戶，那麼其實就和把源碼交給客戶沒有兩樣，中間語言和解譯式語言一樣會有源碼暴露的問題。早年大家還對此有一些警覺，現在卻好像都不在乎了。 純編譯的語言（例如C）與純解譯的語言（例如Python），都是「一口氣」將高階語言「轉換」成實際的機器語言。兩者的差別是，編譯器提前做這樣的轉換，而解譯器則是執行時才做這樣的轉換。不管如何，這種「一口氣」的作法會比虛擬機器兩階段式作法更複雜，更難實作，除此之外，也需要寫更多程式。 例如：有10個高階語言和10個平臺。如果用編譯式的作法，必須寫出100（10 x 10）個程式（編譯器）。但是用虛擬機器的作法，只需要20（10+10）個程式（10個編譯器與10個虛擬機器）。而這裡所謂的20個程式，每個實際上只作了一半的事，所以整體而言相當於只用了10（20 x 0.5）個程式。100遠大於10，利用虛擬機器來實作語言，顯然可以省下不少工夫。 由於虛擬機器做了一半編譯器工作，也做了一半解譯器的工作，所以效率介於編譯式與解譯式之間。編譯的工作分成兩階段，分別是分析與合成，其中最耗時間的部分是分析，這部分剛好在虛擬機器的「編譯器」中處理掉了，所以虛擬機器的「解譯器」執行時只需要處理合成的部分，效率相當高。因此虛擬機器的執行效能，可以相當逼近編譯式語言。 廠商發行純編譯式語言寫出來的軟體時，為了省卻麻煩，通常只會編譯出一個版本，而沒有針對各種硬體環境做最佳化。例如，廠商只會編譯出i586一般環境的版本，不會使用到特殊的處理器指令，也不會針對多核心做最佳化，只把64位元CPU當32位元在用……。因此，如果虛擬機器夠厲害，能夠充分運用硬體環境，它執行bytecode的效率甚至還可能比純編譯式語言更快。但目前混合式的程式執行速度還是比編譯式慢。 為了要提升效率，虛擬機器會將解譯器的部分，用其他技術取代，尤其是JIT編譯器和AOT編譯器。 JIT（Just-in-Time，及時）編譯器是最普遍的作法，每次執行到一小段中間語言，就將它解譯成實際的機器語言，然後「保存在記憶體中」，下次需要執行時就不用重新解譯。但JIT編譯器還是需要在執行期進行解譯，而且不會將保存結果存在磁碟中，所以下次重新執行程式時，還是得重頭解譯一次。 AOT（Ahead-Of-Time，提前）編譯器針對JIT效率上的缺失，讓你提前編譯（而不是在執行時才做），且會將編譯結果儲存在磁碟內。利用AOT編譯器處理過的程式，本質上已經不算是混合式語言，而算是編譯式語言，如同C一樣。 虛擬機器的好處相當明顯，技術瓶頸也一一被克服，所以未來將越來越蓬勃發展，許多原本是編譯式或解譯式的語言，都開始採用虛擬機器（例如Erlang）。我敢說現在你的PC上，已經同時安裝好幾個虛擬機器，至少有Flash的AVM、Java的JVM、.NET的CLR，它們正隨時在默默地幫你工作呢！ 作者簡介： 蔡學鏞－技術顧問 清華大學資訊工程碩士，曾任華碩集團軟體工程師、元智大學資訊系講師、美商歐萊禮出版社技術編輯、臺灣微軟特約專欄作家。 |
全站熱搜
留言列表
