Java语言引入了Java虚拟机，具有跨平台运行的功能，能够很好地适应各种Web应用。同时，为了提高Java语言的性能和健壮性，还引入了如垃圾回收机制等新功能，通过这些改进让Java具有其独特的工作原理。
Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）是软件模拟的计算机，它可以在任何处理器上（无论是在计算机中还是在其他电子设备中）安全兼容地执行保存在.class文件中的字节码。Java虚拟机的“机器码”保存在.class文件中，有时也可以称之为字节码文件。
Java程序的跨平台特性主要是指字节码文件可以在任何具有Java虚拟机的计算机或者电子设备上运行，Java虚拟机中的Java解释器负责将字节码文件解释成为特定的机器码进行运行。因此在运行时，Java源程序需要通过编译器编译成为.class文件。
Java虚拟机的建立需要针对不同的软硬件平台来实现，既要考虑处理器的型号，也要考虑操作系统的种类。由此在SPARC结构、X86结构、MIPS和PPC等嵌入式处理芯片上，在UNIX、Linux、Windows和部分实时操作系统上都可实现Java虚拟机。
在程序的执行过程中，部分内存在使用过后就处于废弃状态，如果不及时进行回收，很有可能会导致内存泄漏，进而引发系统崩溃。在Java运行环境中，始终存在着一个系统级的线程，专门跟踪内存的使用情况，定期检测出不再使用的内存，并自动进行回收，避免了内存的泄露，也减轻了程序员的工作量。
Java语言通过Applet程序来控制非法程序的安全性，Java编程语言的出现使得客户端计算机可以方便地从网络上上传或下载Java程序到本地计算机上运行，为保证保证该Java程序不携带病毒或者没有其他危险目的，Java提供了代码安全性检查机制 。Java字节码的执行需要经过以下3个步骤：
（1）由类装载器（class loader）负责把类文件（.class文件）加载到Java虚拟机中。在此过程需要检验该类文件是否符合类文件规范。
（2）字节码校验器（bytecode verifier）检查该类文件的代码中是否存在着某些非法操作，例如Applet程序中写本地计算机文件系统的操作。
（3）如果字节码校验器检验通过，由Java解释器负责把该类文件解释成为机器码进行执行。
Java虚拟机采用“沙箱”运行模式，即把Java程序的代码和数据都限制在一定内存空间里执行，不允许程序访问该内存空间以外的内存。如果是Applet程序，还不允许访问客户端机器的文件系统。
JVM是Java平台的核心，为了让编译产生的字节码能更好地解释与执行，因此把JVM分成了6个部分：JVM解释器、指令系统、寄存器、栈、存储区和碎片回收区。
◆JVM解释器：即这个虚拟机处理字段码的CPU。
◆JVM指令系统：该系统与计算机很相似，一条指令由操作码和操作数两部分组成。操作码为8位二进制数，主要是为了说明一条指令的功能，操作数可以根据需要而定，JVM有多达256种不同的操作指令。
◆寄存器：JVM有自己的虚拟寄存器，这样就可以快速地与JVM的解释器进行数据交换。为了功能的需要，JVM设置了4个常用的32位寄存器：pc（程序计数器）、optop（操作数栈顶指针）、frame（当前执行环境指针）和vars（指向当前执行环境中第一个局部变量的指针）。
◆JVM栈：指令执行时数据和信息存储的场所和控制中心，它提供给JVM解释器运算所需要的信息。
◆存储区：JVM存储区用于存储编译过后的字节码等信息。
◆碎片回收区：JVM碎片回收是指将使用过的Java类的具体实例从内存进行回收，这就使得开发人员免去了自己编程控制内存的麻烦和危险。随着JVM的不断升级，其碎片回收的技术和算法也更加合理。JVM 1.4.1版后产生了一种叫分代收集技术，简单来说就是利用对象在程序中生存的时间划分成代，以此为标准进行碎片回收。
Java Application Programming Interface简称Java API，其中文名为Java应用程序设计接口。它是一个软件集合，其中有许多开发时所需要的控件，可以用它来辅助开发。
Java API和JVM构成了Java运行的基本环境，这两种软件整合在一起处于计算机之上，通过这两种软件，Java平台把一个Java应用程序从硬件系统分离开，从而很好地保证了程序的独立性。为了更好地适应开发的需要，Java的设计者们提供了3种版本的Java平台：Java 2 Micro Edition （J2ME ）、Java 2 Standard Edition（J2SE）和 Java 2 Enterprise Edition （J2EE），每一种版本都提供了丰富的开发工具以适应不同的开发需要。
Java发展到现在，按应用来分主要分为三大块：J2SE,J2ME和J2EE,这也就是Sun ONE(Open Net Environment)体系。J2SE就是Java2的标准版，主要用于桌面应用软件的编程；J2ME主要应用于嵌入是系统开发，如手机和PDA的编程；J2EE是Java2的企业版，主要用于分布式的网络程序的开发，如电子商务网站和ERP系统。J2SE开发桌面应用软件比起VC,VB,DEPHI这些传统开发语言来说，优势好象并不明显。J2ME对于初学者来说，好象又有点深奥，而且一般开发者很难有开发环境。所以现在应用最广泛又最好学的就是J2EE了。J2EE又包括许多组件，如Jsp,Servlet,JavaBean,EJB,JDBC,JavaMail等。
