你知道 Java 代码是如何运行的吗？
发表时间：2022-03-26来源：网络
对于任何一门语言，要想达到精通的水平，研究它的执行原理(或者叫底层机制)不失为一种良好的方式。
在本篇文章中，将重点研究java源代码的执行原理，即从程序员编写JAVA源代码，到最终形成产品，在整个过程中，都经历了什么？每一步又是怎么执行的？执行原理又是什么？
一 编写java源程序
java源文件:指存储java源码的文件。
先来看看如下代码：
（1）java源文件名就是该源文件中public类的名称
（2）一个java源文件可以包含多个类，但只允许一个类为public
二 编译java源代码
当java源程序编码结束后，就需要编译器编译。
安装好jdk后，我们打开jdk目录，有两个.exe文件，即javac.exe(编译源代码，xxx.java文件) 和 java.exe(执行字节码，xxx.class文件).
如下图所示：
1、切换到MyTest.java文件夹
如上总结，已经抽象化了在JVM中的执行。接下来，我们将分析字节码文件（.class文件）如何在虚拟机中一步一执行的。
四 JVM如何执行字节码文件
（一）装载字节码文件
当 .java 源码被 javac.exe 编译器编译成 .class 字节码文件后，接下来的工作就交给JVM处理。
JVM首先通过类加载器(ClassLoader)，将class文件和相关Java API加载装入JVM，以供JVM后续处理。
在该阶段中，涉及到如下一些基本概念和知识。
1.JDK,JRE和JVM关系
JDK（Java Development Kit），Java开发工具包，主要用于开发，在JDK7前，JDK包括JREJRE（Java Runtime Environment），Java程序运行的核心环境，包括JVM和一些核心库JVM（Java Virtual Machine），VM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的，是JRE核心模块。2.JVM
JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java虚拟机的主要任务是装载class文件，并执行其中的字节码，不同的Java虚拟机中，执行引擎可能有不同的实现。
大致有如下几种引擎：
一次性解释字节码引擎即时编译引擎自适应优化器关于虚拟机的实现方式，采用软件方式、硬件方式和软件硬件结合方式，这个要根据具体厂商而定。
3.什么是ClassLoader
虚拟机的主要任务是装载class文件并执行其中的字节码，而class文件是由虚拟机的类加载器(ClassLoader)完成的，在一个Java虚拟机中有可能存在多个类加载器。
任何java运用程序，可能会使用两种类加载器，即启动类加载器(bootstrap)和用户自定义类加载器。
启动类加载器是Java虚拟机唯一实现的一部分，它又可分为原始类装载器，系统类装载器或默认类装载器。它的主要作用是从操作系统的磁盘装载相应的类，如Java API类等。
用户自定义装载类，即按照用户自定义的方式来装载类。
（二）将字节码文件存储在JVM内存区
当JAVA虚拟机运行一个程序时，它需要内存来存储许多东西。
比如如字节码，程序创建的对象，传递给方法的参数，返回值，局部变量以及运算的中间结果等，这些相关信息被组织到“运行时数据区”。
根据厂商的不同，在Java虚拟机中，运行时数据区也有所不同。有些运行时数据区由线程共享，有些只能由某个特定线程共享。
运行时数据区大致可分几个区：方法区，堆区，栈区，PC寄存器区和本地方法栈区。
在该阶段中，涉及到如下基本概念和知识。
1、方法区
方法区用来存储解析被加载的class文件的相关信息。
当虚拟装载一个class文件后，它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息，然后将该相关信息存储到方法区中。
2.堆
堆是用来存储相关引用类型的，如new对象。当程序运行时，虚拟机会把所有该程序在运行时创建的对象都放到堆中。
3.PC寄存器
PC寄存器主要用来存储线程。当新创建一个线程时，该线程都将得到一个自己的PC寄存器(程序计数器)以及一个java栈。
Java虚拟机没有寄存器，其指令集使用Java栈来存储中间数据。
4.栈区
栈区主要用来存储值类型的，如基本数据类型。需要注意的是，String为引用类型，是存在堆中的。
Java栈是由许多栈帧组成的，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态，当线程调用一个方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中，当该方法返回时，这个栈帧从Java栈中弹出。
（三）执行引擎与运行时数据区交互
运行时数据区为执行引擎提供了执行环境和相关数据，执行引擎通过与运行时数据区交互，从而获取执行时需要的相关信息，存储执行的中间结果等
（四）执行引擎与本地方法接口
当要执行本地方法时，执行引擎将调用本地方法接口来获取相关OS本地方法。
需要注意的是，本地方法与操作系统强耦合的。
（五）JVM在具体操作系统上执行
JVM通过调用本地接口来获取本地方法，从而实现在具体的平台上执行。比如在Linux系统上执行，在Window系统上执行和在Unix系统上执行。
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作者：Alan_beijing
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