對(duì)于任何一門語言，要想達(dá)到精通的水平充尉，研究它的執(zhí)行原理(或者叫底層機(jī)制)不失為一種良好的方式飘言。在本篇文章中，將重點(diǎn)研究java源代碼的執(zhí)行原理驼侠，即從程

序員編寫JAVA源代碼姿鸿，到最終形成產(chǎn)品谆吴，在整個(gè)過程中，都經(jīng)歷了什么苛预？每一步又是怎么執(zhí)行的句狼？執(zhí)行原理又是什么？.....

????當(dāng)然热某，本篇文章的粒度可能稍微側(cè)重于宏觀方面腻菇，更細(xì)粒度的技術(shù)分析，需要在接下來的該系列文章中與大家分享....

一 編寫java源程序

??java源文件:指存儲(chǔ)java源碼的文件昔馋；

當(dāng)前比較主流的JAVA IDE?（1）Intellij IDEA（首推薦）（2）Eclipse

先來看看如下代碼：

//MyTest被public修飾筹吐，故存儲(chǔ)該java源碼的文件名為MyTest

public class MyTest {

??public static void main(String[] args){

????System.out.println("Test Java execute process.");

??}

}

//由于MyTest被public修飾了，故Class A不能用public修飾

class A{}

//由于MyTest被public修飾了秘遏，故Class B不能用public修飾

class B{}

（1）java源文件名就是該源文件中public類的名稱

（2）一個(gè)java源文件可以包含多個(gè)類丘薛，但只允許一個(gè)類為public

二 編譯java源代碼

????當(dāng)java源程序編碼結(jié)束后，就需要編譯器編譯邦危，安裝好jdk后洋侨，我們打開jdk目錄，有兩個(gè).exe文件倦蚪，

即javac.exe(編譯源代碼希坚，即.java文件)和java.exe(執(zhí)行字節(jié)碼，即.class文件)

1.切換到MyTest.java文件夾

2.javac.exe編譯MyTest.java

編譯后陵且，發(fā)現(xiàn)e:\Blogs 目錄多了以class為后綴的文件：A.class,B.class和MyTest.class

Tip:當(dāng)javac.exe編譯java源代碼時(shí)吏够，java源代碼有幾個(gè)類，就會(huì)編譯成一個(gè)對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件(.class文件)滩报，

其中锅知，字節(jié)碼文件的文件名就是每個(gè)類的類名。需要注意的是脓钾，類即使不在源文件中定義售睹，但被源文件引用，

編譯后可训，也會(huì)編程相應(yīng)的字節(jié)碼文件昌妹，如類A引用類C，但類C不定義在類A的源文件中握截，編譯后飞崖，類C也被編

譯成對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件C.class

三 執(zhí)行java源文件

?執(zhí)行java源文件，用java.exe執(zhí)行即可

到現(xiàn)在谨胞，java源程序基本執(zhí)行結(jié)果固歪，并正確打印我們期望的結(jié)果，那么，如上的步驟牢裳，我們可以總結(jié)如下：

如上總結(jié)逢防，已經(jīng)抽象化了在JVM中的執(zhí)行，接下來蒲讯，我們將分析忘朝，字節(jié)碼文件（.calss文件）如何在虛擬機(jī)中一步一執(zhí)行的。

四 JVM如何執(zhí)行字節(jié)碼文件

（一） 裝載字節(jié)碼文件

????當(dāng).java源碼被javac.exe編譯器編譯成.class字節(jié)碼文件后判帮，接下來的工作就交給JVM處理局嘁，JVM首先通過類加載器(ClassLoader)

將class文件和相關(guān)Java API加載裝入JVM，以供JVM后續(xù)處理晦墙。

????在該階段中导狡，涉及到如下一些基本概念和知識(shí)。

?1.JDK,JRE和JVM關(guān)系

（1）JDK（Java Development Kit）偎痛，Java開發(fā)工具包，主要用于開發(fā)独郎，在JDK7前踩麦，JDK包括JRE

（2）JRE（Java Runtime Environment），Java程序運(yùn)行的核心環(huán)境氓癌，包括JVM和一些核心庫

（3）JVM（Java Virtual Machine）谓谦，VM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)贪婉，是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬

?????各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的反粥，是JRE核心模塊。

2.JVM

????JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范疲迂，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)才顿，是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的。Java虛擬機(jī)

虛擬機(jī)的主要任務(wù)是裝載class文件并執(zhí)行其中的字節(jié)碼尤蒿，不同的Java虛擬機(jī)中郑气，執(zhí)行引擎可能由不同的實(shí)現(xiàn)，大致有如下幾種引擎：

??一次性解釋字節(jié)碼引擎

??即時(shí)編譯引擎

??自適應(yīng)優(yōu)化器

???關(guān)于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式腰池，采用軟件方式尾组、硬件方式和軟件硬件結(jié)合方式，這個(gè)要根據(jù)具體廠商而定示弓。

3.什么是ClassLoader

????虛擬機(jī)的主要任務(wù)是裝載class文件并執(zhí)行其中的字節(jié)碼讳侨，而class文件是由虛擬機(jī)的類加載器(ClassLoader)完成的，在一個(gè)Java虛擬機(jī)奏属，

有可能存在多個(gè)類加載器跨跨。

????任何java運(yùn)用程序，可能會(huì)使用兩種類加載器囱皿，即啟動(dòng)類加載器(bootstrap)和用戶自定義類加載器歹叮。

????啟動(dòng)類加載器是Java虛擬機(jī)唯一實(shí)現(xiàn)的一部分跑杭，它又可分為原始類裝載器，系統(tǒng)類裝載器或默認(rèn)類裝載器咆耿，它的主要作用是從操作系統(tǒng)的

磁盤裝載相應(yīng)的類德谅，如Java API類等。

????用戶自定義裝載類萨螺，按照用戶自定義的方式來裝載類窄做。

（二）將字節(jié)碼文件存儲(chǔ)在JVM內(nèi)存區(qū)

????當(dāng)JAVA虛擬機(jī)運(yùn)行一個(gè)程序時(shí)，它需要內(nèi)存來存儲(chǔ)許多東西慰技，如字節(jié)碼椭盏，從已裝載的class文件中得到的其他信息，程序創(chuàng)建的對(duì)象吻商，傳遞給

方法的參數(shù)掏颊，返回值，局部變量以及運(yùn)算的中間結(jié)果等艾帐，這些相關(guān)信息被組織到“運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)”乌叶。

????根據(jù)廠商的不同，在Java虛擬機(jī)中柒爸，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)也有所不同准浴，有些運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)由線程共享，有些只能由某個(gè)特定線程共享捎稚。運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

大致可分幾個(gè)區(qū)：方法區(qū)乐横，堆區(qū)，棧區(qū)今野，PC寄存器區(qū)和本地方法棧區(qū)葡公。

????在該階段中，涉及到如下基本概念和知識(shí)条霜。

???1.方法區(qū)

????方法區(qū)用來存儲(chǔ)解析被加載的class文件的相關(guān)信息匾南。當(dāng)虛擬裝載一個(gè)class文件后，它會(huì)從這個(gè)class文件包含的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中解析類型信息蛔外，然后將

該相關(guān)信息存儲(chǔ)到方法區(qū)中蛆楞。

???2.堆

?????堆是用來存儲(chǔ)相關(guān)引用類型的，如new對(duì)象夹厌。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)豹爹，虛擬機(jī)會(huì)把所有該程序在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的對(duì)象都放到堆中。

???3.PC寄存器

????PC寄存器主要用來存儲(chǔ)線程矛纹。當(dāng)新創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí)臂聋，該線程都將得到一個(gè)自己的PC寄存器(程序計(jì)數(shù)器)以及一個(gè)java棧。

Java虛擬機(jī)沒有寄存器，其指令集使用Java棧來存儲(chǔ)中間數(shù)據(jù)孩等。

???4.棧區(qū)

????棧區(qū)主要用來存儲(chǔ)值類型的艾君，如基本數(shù)據(jù)類型，需要注意的時(shí)肄方，String為引用類型冰垄，是存在堆中的。Java棧是由許多棧

幀組成的权她，一個(gè)棧幀包含一個(gè)Java方法調(diào)用的狀態(tài)虹茶，當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)方法時(shí)，虛擬機(jī)壓入一個(gè)新的棧幀到該線程的Java棧中

隅要，當(dāng)該方法返回時(shí)蝴罪，這個(gè)棧幀從Java棧中彈出。

（三）執(zhí)行引擎與運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)交互

??運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)為執(zhí)行引擎提供了執(zhí)行環(huán)境和相關(guān)數(shù)據(jù)步清，執(zhí)行引擎通過與運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)交互要门，從而獲取

執(zhí)行時(shí)需要的相關(guān)信息沧烈，存儲(chǔ)執(zhí)行的中間結(jié)果等

（四）執(zhí)行引擎與本地方法接口

當(dāng)要執(zhí)行本地方法時(shí)自赔，執(zhí)行引擎將調(diào)用本地方法接口來獲取相關(guān)OS本地方法跌宛，需要注意的是预愤，本地方法與操作系統(tǒng)強(qiáng)耦合的。

（五）JVM在具體操作系統(tǒng)上執(zhí)行

JVM通過調(diào)用本地接口來獲取本地方法淋叶，從而實(shí)現(xiàn)在具體的平臺(tái)上執(zhí)行，如在Linux系統(tǒng)上執(zhí)行，在Window系統(tǒng)上

執(zhí)行和在Unix系統(tǒng)上執(zhí)行书聚。

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