JVM を読む - 導入
前回の続きです。前回はこちらから。
このシリーズは，JVM の仕様書を読み解くためのガイドとして構成しています。
JVM の仕様書は非常に長大で難解な内容が多いため，各セクションごとに要点をまとめていきます。
また，JVM の内部構造や動作原理を知ることで，Java のパフォーマンスやセキュリティ，メモリ管理の仕組みを深く理解する試みです。
シリーズはこちらから。
第一章 Introduction
JVM の仕様書の最初のセクションは「Introduction」です。
このセクションでは，JVM の目的や設計目標，基本的な概念について説明されています。
1.1 歴史的な背景をちょこっと（› 1.1 A Bit of History)
Java 言語は，C や C++ のような低レベルな言語ではなく，それよりも言語サポートが手厚い高レベルな言語として設計されました。
例に上げたような低レベルな言語はハードウェアに近いレベルでの制御が可能ですが， その分，メモリ管理やポインタ操作などの複雑な概念を理解する必要があります（さらに，安全なコードを書くためにはそれらを正確に扱う必要があります）。
全くもって複雑で分かりにくく，少しも安全ではなかったのです。
そこで， Java の設計者たちはこれらの問題を解決するために Java をより高レベルな言語として設計しました。
Web の登場とその限界
さて，少し昔話をしましょう。
Java 言語は 1995 年に Sun Microsystems 社に所属する James Gosling 氏（別名，Dr. Java）によって開発されました。
この頃の Web サイトは HTML だけで書かれており，そのうえ， 動的にコンテンツを生成する仕組み（例えば JavaScript のような仕組み）はありませんでした。
HTML は，皆さんご存知の通り静的なマークアップ言語ですから，動的な要素（例えばボタンを押したときに何かが起こるようにするなど）をページに追加することはできません。
こういった生 HTML の勝手の悪さに Web の愛好家はすぐに気がつきました。新たな解決策が必要だったのです。
そこで登場したのが HotJava ブラウザをはじめとしたアプレット技術です。
これは HTML ページ内にプログラムを埋め込むことで，ページに動的な要素を追加できるという画期的なものでした。
ユーザがアプレットが埋め込まれたページをブラウザで開くと，アプレットがユーザの端末で実行されて動的なコンテンツが表示されます。
もちろん，通常の HTML もそれと同時に読み込まれて表示されます。
このようにして，Web ページに動的なコンテンツがもたらされました。 この技術は瞬く間に普及し，Web ページの表現力を大きく向上させました。
アプレットが普及した理由には，単に見栄えや機能が良いからというだけはありません。
実は JVM のアーキテクチャや Java のセキュリティ・モデルが大きく貢献しています。
普及の理由その１：JVM のアーキテクチャ
アプレットは，アプレットが埋め込まれたページを閲覧するユーザの端末で実行されます。
ということは，プログラムはあらゆるユーザが所有する，あらゆるマシンで動作することになります。
通常のプログラム（C や C++ などで記述されたもの）は，特定のハードウェアやオペレーティング・システムに依存してコンパイルされます。
例えば，Windows 用にコンパイルされたプログラムは Linux では動作しませんし，Intel x86 CPU 用にコンパイルされたプログラムは ARM CPU では動作しません。
したがって，アプレットが動作するためには，オプションを変えながら各マシン用のバイナリを都度コンパイルする必要があるのです。
しかしながら，これに対応するのは非常に面倒で，また大変非効率的なように思えます。度し難いですね。
そこで登場したのが JVM（Java 仮想マシン） というわけです。
Java プログラムは，まず Java ソース・コードからバイト・コード（JVM が理解できる専用の中間言語）にコンパイルされます。
JVM は，このバイト・コードを読み取り，自身が構築した箱庭（仮想マシン）の中で順次実行します。
さらに，JVM は自身が動作するマシンのハードウェアやオペレーティング・システムに依存しません。
JVM は抽象的な計算機であり，JVM がどのような環境で動作しているかについては，JVMの中では一切関係がないのです。
さて，これにより Java プログラムは「Write Once, Run Anywhere」（一度書けばどこでも動く）という標語の通り，あらゆるマシンで動作するようになりました。
当時のアプレット技術を用いることで，あらゆるユーザの端末で動作する動的なコンテンツを，たった１つのバイナリで実現できるようになったのです。
普及の理由その２：Java のセキュリティモデル
先ほど述べたように，アプレットはユーザの端末で実行されます。これは，アプレットがユーザのマシンに直接アクセスできてしまうことを意味します。
もし Web ページに埋め込まれたプログラムが，任意のユーザのファイルやシステムにアクセスできるとしたら，当然セキュリティ上の問題が発生します。
そこで Java は，アプレットが実行される環境を制限するためのセキュリティモデルを導入しました。
Java のセキュリティ・モデルでは，アプレットを隔離された環境（サンドボックス）で実行します。
サンドボックス内では，アプレットがユーザのファイルシステムやネットワークにアクセスできないように制限されます。
アプレットは，特定の権限を持つ場合にのみ，ユーザのマシンにアクセスできます。
例えば，アプレットがユーザのファイルシステムにアクセスするためには，ユーザが明示的に許可する必要があります。
このようにして，アプレットはユーザのマシンに対して安全に動作するのです。
このことが当時のギークたちに受け入れられると， Java 使っているページは安全であるという一種の信頼を得ることとなり，これもまたアプレット技術の普及に寄与しました。
まとめ
アプレット技術は，JVM のアーキテクチャと Java のセキュリティモデルによって支えられています。
これにより，Java プログラムは「Write Once, Run Anywhere」の特性を持ち，ユーザの端末で安全に動作することが可能となりました。
今ではアプレット技術は廃れてしまいましたが，JVM のアーキテクチャと Java のセキュリティモデルは，Java 言語の基盤として確かに受け継がれています。
1.2 Java 仮想マシン（› 1.2 The Java Virtual Machine）
Java 仮想マシン（JVM）は，Java プログラムを実行するための仮想マシンです。
JVM は Java Virtual Machine Specification という仕様書で，扱う命令やその振る舞いなどが厳密に定義されています。
JVM は次のような特徴を持っています：
- 特定のハードウェアやオペレーティング・システムなどの環境に依存しないこと
- コンパイルされたバイナリのサイズが小さいこと
- 悪意のあるプログラムからユーザを保護するためのセキュリティ機能を備えていること
これらの特徴により，Java 仮想マシンはプラットフォームに依存しないアプリケーションの最高な実行環境を提供します。
JVM の最初の実装
Java 仮想マシンの最初の実装は，Sun Microsystems 社によって行われました。
この実装は現代の PDA（携帯電話のような見た目の小型コンピュータ。）に似ているデバイス上で行われ，PDA では Java 仮想マシンが動作し，Java アプリケーションを実行できました。
Oracle 社がする現在の実装では，こういった環境に限らずモバイルやデスクトップ，さらにはサーバ上で Java 仮想マシンを実行します。
しかしながら Java 仮想マシンは依然として抽象的な計算機であり，特定の実装技術やホスト，ハードウェアやオペレーティング・システムに依存しません。
すなわち，例えばシリコン CPU やマイクロコードに直接実装することもできますし，他の言語で実装することも， JVM 上で JVM を実装することもできます。
まとめ
いかがでしたか？
このチャプタでは，JVM の歴史的な背景と基本的な概念について説明しました。
Java 言語は，C や C++ のような低レベルの言語ではなく，より高レベルな言語として設計されました。
JVM は Java プログラムを実行するための仮想マシンであり，特定のハードウェアやオペレーティング・システムに依存しないことが特徴です。
次回は Chapter 2 の内容を扱います。
JVM の仕様書の第２章は「Java Virtual Machine の構造」です。
では，よいバイト・コードライフを！
次回リンク
参考文献＆リンク集
- Lindholm, T., Yellin, F., Bracha, G., & Smith, W. M. D. (2025). The Java® Virtual Machine Specification: Java SE 24 Edition.
- Lindholm, T., & Yellin, F. (1999). The Java™ Virtual Machine Specification (2nd ed.). Addison-Wesley. ISBN 978-0-201-43294-7
- Otavio, S. (2024). Mastering the Java Virtual Machine. Packet Publishing. ISBN 978-1-835-46796-1
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