Java的虚拟机和CLR

这两种实现之间有很多相似之处（在我看来：是的，它们都是“虚拟机”）。

首先，它们都是基于堆栈的VM，没有“寄存器”的概念，就像我们习惯于在x86或PowerPC等现代CPU中看到的那样。所有表达式（（1 + 1）/ 2）的计算都是通过将操作数推到“堆栈”上，然后在指令（添加，除法等）需要使用这些操作数时从堆栈中弹出这些操作数来执行的。每条指令将其结果推送回堆栈。

这是实现虚拟机的一种便捷方法，因为世界上几乎每个CPU都有一个堆栈，但寄存器的数量通常是不同的（有些寄存器是专用的，每条指令都需要在不同的寄存器中运行，等等）。

因此，如果您要对抽象机器进行建模，那么纯粹基于堆栈的模型是一个很好的方法。

当然，真正的机器不是这样操作的。因此，JIT 编译器负责执行字节码操作的“注册”，实质上是将实际的 CPU 寄存器调度为尽可能包含操作数和结果。

所以，我认为这是CLR和JVM之间最大的共同点之一。

至于差异...

这两种实现之间的一个有趣的区别是，CLR 包括用于创建泛型类型的说明，以及用于将参数化特化应用于这些类型的说明。因此，在运行时，CLR 认为 List<int> 与 List<String>类型完全不同。

在幕后，它对所有引用类型特化使用相同的 MSIL（因此 List<String> 使用与 List<Object> 相同的实现，在 API 边界具有不同的类型转换），但每个值类型都使用自己独特的实现（List<int>生成的代码与 List<double> 完全不同）。

在Java中，泛型类型纯粹是编译器的伎俩。JVM 不知道哪些类具有类型参数，并且无法在运行时执行参数化专用化。

从实际的角度来看，这意味着你不能在泛型类型上重载Java方法。不能有两个同名的不同方法，它们只接受 List<String> 还是 List<Date>。当然，由于 CLR 了解参数类型，因此它在处理泛型类型特化上重载的方法时没有问题。

在日常工作中，这是我在CLR和JVM之间注意到最多的区别。

其他重要区别包括：

• CLR 具有闭包（作为 C# 委托实现）。JVM仅支持从Java 8开始的闭包。

• CLR 具有协程（使用 C# 'yield' 关键字实现）。JVM 则不然。

• CLR 允许用户代码定义新的值类型（结构），而 JVM 提供了值类型（字节、短整型、整型、长整型、浮点型、双精度型、字符型、布尔值）的固定集合，并且只允许用户定义新的引用类型（类）。

• CLR 提供对声明和操作指针的支持。这特别有趣，因为 JVM 和 CLR 都采用严格的分代压缩垃圾回收器实现作为其内存管理策略。在一般情况下，严格的压缩 GC 很难使用指针，因为当您将值从一个内存位置移动到另一个内存位置时，所有指针（以及指向指针的指针）都将变得无效。但 CLR 提供了一种“固定”机制，以便开发人员可以声明不允许 CLR 在其中移动某些指针的代码块。非常方便。

• JVM中最大的代码单元要么是“包”，如“protected”关键字所示，也可以说是JAR（即Java ARchive），这可以通过在类路径中指定jar并将其视为代码文件夹来证明。在 CLR 中，类聚合到“程序集”中，CLR 提供用于推理和操作程序集的逻辑（程序集加载到“AppDomains”中，为内存分配和代码执行提供子应用程序级沙箱）。

• CLR 字节码格式（由 MSIL 指令和元数据组成）的指令类型比 JVM 少。在JVM中，每个唯一的操作（添加两个int值，添加两个浮点值等）都有自己唯一的指令。在 CLR 中，所有 MSIL 指令都是多态的（添加两个值），JIT 编译器负责确定操作数的类型并创建适当的机器代码。不过，我不知道哪个是更可取的策略。两者都有权衡。对于JVM，HotSpot JIT编译器可以使用更简单的代码生成机制（它不需要确定操作数类型，因为它们已经在指令中编码），但这意味着它需要更复杂的字节码格式，具有更多的指令类型。

我已经使用Java（并欣赏JVM）大约十年了。

但是，在我看来，CLR现在几乎是所有方面的高级实现。

你的第一个问题是将JVM与.NET Framework进行比较 - 我假设你实际上打算与CLR进行比较。如果是这样，我想你可以写一本关于这个的小书（编辑：看起来Benji已经有了：-）

一个重要的区别是，与 JVM 不同，CLR 被设计为与语言无关的体系结构。

另一个重要的区别是，CLR 专门设计用于允许与本机代码进行高级别的互操作性。这意味着，在访问和修改本机内存时，CLR 必须管理可靠性和安全性，还必须管理基于 CLR 的数据结构和本机数据结构之间的封送处理。

为了回答你的第二个问题，术语“虚拟机”是硬件世界中的一个较旧的术语（例如，IBM在1960年代对360的虚拟化），它曾经意味着底层机器的软件/硬件仿真，以完成与VMWare相同的事情。

CLR 通常称为“执行引擎”。在此上下文中，这是在 x86 之上的 IL 计算机的实现。这也是JVM的作用，尽管你可以争辩说CLR的多态字节码和JVM的类型化字节码之间存在重要区别。

因此，对你的第二个问题的迂腐答案是“不”。但这实际上归结为你如何定义这两个术语。

编辑：JVM和CLR之间的另一个区别是JVM（版本6）非常不愿意将分配的内存释放回操作系统，即使它可以。

例如，假设一个 JVM 进程启动并从操作系统最初分配 25 MB 内存。然后，应用代码会尝试需要额外 50 MB 的分配。JVM 将从操作系统中额外分配 50 MB。一旦应用程序代码停止使用该内存，它就会被垃圾回收，并且 JVM 堆大小将减小。但是，JVM 将仅在某些非常特定的情况下释放分配的操作系统内存。否则，在进程生存期的剩余时间内，该内存将保持已分配状态。

另一方面，如果不再需要，CLR 会将分配的内存释放回操作系统。在上面的示例中，一旦堆减少，CLR 就会释放内存。