對(duì)于任何一門語言炬称，要想達(dá)到精通的水平，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。

在本篇文章中，將重點(diǎn)研究java源代碼的執(zhí)行原理，即從程序員編寫JAVA源代碼待错，到最終形成產(chǎn)品，在整個(gè)過程中烈评，都經(jīng)歷了什么火俄？每一步又是怎么執(zhí)行的？執(zhí)行原理又是什么讲冠？

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一谱仪、編寫java源程序

java源文件:指存儲(chǔ)java源碼的文件。

先來看看如下代碼：

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

publicclassMyTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

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

}

}

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

classA{}

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

classB{}

1列荔、java源文件名就是該源文件中public類的名稱

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

二贴浙、編譯java源代碼

當(dāng)java源程序編碼結(jié)束后砂吞，就需要編譯器編譯。

安裝好jdk后崎溃，我們打開jdk目錄蜻直，有兩個(gè).exe文件，即javac.exe(編譯源代碼笨奠，xxx.java文件) 和 java.exe(執(zhí)行字節(jié)碼袭蝗，xxx.class文件).

如下圖所示：

1唤殴、切換到MyTest.java文件夾

2般婆、javac.exe編譯MyTest.java

編譯后，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)朵逝，java源代碼有幾個(gè)類蔚袍，就會(huì)編譯成一個(gè)對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件(.class文件)

其中，字節(jié)碼文件的文件名就是每個(gè)類的類名。需要注意的是啤咽，類即使不在源文件中定義晋辆，但被源文件引用，編譯后宇整，也會(huì)編程相應(yīng)的字節(jié)碼文件瓶佳。

如類A引用類C，但類C不定義在類A的源文件中鳞青，編譯后霸饲，類C也被編譯成對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼文件C.class

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三厚脉、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)在胶惰，java源程序基本執(zhí)行結(jié)果傻工，并正確打印我們期望的結(jié)果，那么孵滞，如上的步驟中捆，我們可以總結(jié)如下：

如上總結(jié)，已經(jīng)抽象化了在JVM中的執(zhí)行坊饶。接下來轨香，我們將分析字節(jié)碼文件（.class文件）如何在虛擬機(jī)中一步一執(zhí)行的。

四幼东、JVM如何執(zhí)行字節(jié)碼文件

1臂容、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，接下來的工作就交給JVM處理根蟹。

JVM首先通過類加載器(ClassLoader)脓杉，將class文件和相關(guān)Java API加載裝入JVM，以供JVM后續(xù)處理简逮。

在該階段中球散，涉及到如下一些基本概念和知識(shí)。

1）JDK,JRE和JVM關(guān)系

JDK（Java Development Kit）散庶，Java開發(fā)工具包蕉堰，主要用于開發(fā)，在JDK7前悲龟，JDK包括JRE

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

JVM（Java Virtual Machine）须教，VM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范皿渗，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)斩芭，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，是JRE核心模塊乐疆。

2）JVM

JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范划乖，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)，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)的挤土。

Java虛擬機(jī)的主要任務(wù)是裝載class文件琴庵，并執(zhí)行其中的字節(jié)碼，不同的Java虛擬機(jī)中仰美，執(zhí)行引擎可能有不同的實(shí)現(xiàn)细卧。

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，采用軟件方式筒占、硬件方式和軟件硬件結(jié)合方式贪庙，這個(gè)要根據(jù)具體廠商而定。

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)碼翰苫，而class文件是由虛擬機(jī)的類加載器(ClassLoader)完成的止邮，在一個(gè)Java虛擬機(jī)中有可能存在多個(gè)類加載器。

任何java運(yùn)用程序奏窑，可能會(huì)使用兩種類加載器导披，即啟動(dòng)類加載器(bootstrap)和用戶自定義類加載器。

啟動(dòng)類加載器是Java虛擬機(jī)唯一實(shí)現(xiàn)的一部分埃唯，它又可分為原始類裝載器撩匕，系統(tǒng)類裝載器或默認(rèn)類裝載器。它的主要作用是從操作系統(tǒng)的磁盤裝載相應(yīng)的類墨叛，如Java API類等止毕。

用戶自定義裝載類，即按照用戶自定義的方式來裝載類扁凛。

2、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)谨朝，它需要內(nèi)存來存儲(chǔ)許多東西。

比如如字節(jié)碼字币，程序創(chuàng)建的對(duì)象，傳遞給方法的參數(shù)洗出，返回值，局部變量以及運(yùn)算的中間結(jié)果等骄呼，這些相關(guān)信息被組織到“運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)”共苛。

根據(jù)廠商的不同，在Java虛擬機(jī)中蜓萄，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)也有所不同隅茎。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)特定線程共享嫉沽。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)大致可分幾個(gè)區(qū)：方法區(qū)辟犀，堆區(qū)，棧區(qū)绸硕，PC寄存器區(qū)和本地方法棧區(qū)堂竟。

在該階段中，涉及到如下基本概念和知識(shí)玻佩。

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)信息出嘹。

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)中解析類型信息咬崔，然后將該相關(guān)信息存儲(chǔ)到方法區(qū)中税稼。

2）堆

堆是用來存儲(chǔ)相關(guān)引用類型的，如new對(duì)象垮斯。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)郎仆，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)線程兜蠕。當(dāng)新創(chuàng)建一個(gè)線程時(shí)扰肌，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)沒有寄存器熊杨，其指令集使用Java棧來存儲(chǔ)中間數(shù)據(jù)曙旭。

4）棧區(qū)

棧區(qū)主要用來存儲(chǔ)值類型的，如基本數(shù)據(jù)類型晶府。需要注意的是夷狰，String為引用類型，是存在堆中的郊霎。

Java棧是由許多棧幀組成的沼头，一個(gè)棧幀包含一個(gè)Java方法調(diào)用的狀態(tài)，當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)方法時(shí)书劝，虛擬機(jī)壓入一個(gè)新的棧幀到該線程的Java棧中进倍，當(dāng)該方法返回時(shí)，這個(gè)棧幀從Java棧中彈出购对。

3猾昆、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)，執(zhí)行引擎通過與運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)交互骡苞，從而獲取執(zhí)行時(shí)需要的相關(guān)信息，存儲(chǔ)執(zhí)行的中間結(jié)果等

4烘苹、執(zhí)行引擎與本地方法接口

當(dāng)要執(zhí)行本地方法時(shí)片部，執(zhí)行引擎將調(diào)用本地方法接口來獲取相關(guān)OS本地方法档悠。

需要注意的是，本地方法與操作系統(tǒng)強(qiáng)耦合的惰说。

5缘回、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，從而實(shí)現(xiàn)在具體的平臺(tái)上執(zhí)行切诀。比如在Linux系統(tǒng)上執(zhí)行幅虑，在Window系統(tǒng)上執(zhí)行和在Unix系統(tǒng)上執(zhí)行。