對于任何一門語言，要想達到精通的水平，研究它的執(zhí)行原理(或者叫底層機制)不失為一種良好的方式。

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

一 編寫java源程序

java源文件:指存儲java源碼的文件。

先來看看如下代碼：

//MyTest被public修飾，故存儲該java源碼的文件名為MyTest publicclass 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，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java源文件可以包含多個類，但只允許一個類為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。

安裝好jdk后，我們打開jdk目錄，有兩個.exe文件，即javac.exe(編譯源代碼，xxx.java文件) 和 java.exe(執(zhí)行字節(jié)碼，xxx.class文件).

如下圖所示：

1、切換到MyTest.java文件夾

2、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，java源代碼有幾個類，就會編譯成一個對應(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類的類名。需要注意的是，類即使不在源文件中定義，但被源文件引用，編譯后，也會編程相應(yīng)的字節(jié)碼文件。

如類A引用類C，但類C不定義在類A的源文件中，編譯后，類C也被編譯成對應(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，java源程序基本執(zhí)行結(jié)果，并正確打印我們期望的結(jié)果，那么，如上的步驟，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。接下來，我們將分析字節(jié)碼文件（.class文件）如何在虛擬機中一步一執(zhí)行的。

四 JVM如何執(zhí)行字節(jié)碼文

（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，接下來的工作就交給JVM處理。

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。

在該階段中，涉及到如下一些基本概念和知識。

1.JDK,JRE和JVM關(guān)系

• JDK（Java Development Kit），Java開發(fā)工具包，主要用于開發(fā)，在JDK7前，JDK包括JRE

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

• JVM（Java Virtual Machine），VM是一種用于計算設(shè)備的規(guī)范，它是一個虛構(gòu)出來的計算機，是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實現(xiàn)的，是JRE核心模塊。

2.JVM

JVM是一種用于計算設(shè)備的規(guī)范，它是一個虛構(gòu)出來的計算機，是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實現(xiàn)的。

Java虛擬機的主要任務(wù)是裝載class文件，并執(zhí)行其中的字節(jié)碼，不同的Java虛擬機中，執(zhí)行引擎可能有不同的實現(xiàn)。

大致有如下幾種引擎：

• 一次性解釋字節(jié)碼引擎

• 即時編譯引擎

• 自適應(yīng)優(yōu)化器

關(guān)于虛擬機的實現(xiàn)方式，采用軟件方式、硬件方式和軟件硬件結(jié)合方式，這個要根據(jù)具體廠商而定。

3.什么是ClassLoader

虛擬機的主要任務(wù)是裝載class文件并執(zhí)行其中的字節(jié)碼，而class文件是由虛擬機的類加載器(ClassLoader)完成的，在一個Java虛擬機中有可能存在多個類加載器。

任何java運用程序，可能會使用兩種類加載器，即啟動類加載器(bootstrap)和用戶自定義類加載器。

啟動類加載器是Java虛擬機唯一實現(xiàn)的一部分，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。它的主要作用是從操作系統(tǒng)的磁盤裝載相應(yīng)的類，如Java API類等。

用戶自定義裝載類，即按照用戶自定義的方式來裝載類。

（二）將字節(jié)碼文件存儲在JVM內(nèi)存區(qū)

當(dāng)JAVA虛擬機運行一個程序時，它需要內(nèi)存來存儲許多東西。

比如如字節(jié)碼，程序創(chuàng)建的對象，傳遞給方法的參數(shù)，返回值，局部變量以及運算的中間結(jié)果等，這些相關(guān)信息被組織到“運行時數(shù)據(jù)區(qū)”。

根據(jù)廠商的不同，在Java虛擬機中，運行時數(shù)據(jù)區(qū)也有所不同。有些運行時數(shù)據(jù)區(qū)由線程共享，有些只能由某個特定線程共享。

運行時數(shù)據(jù)區(qū)大致可分幾個區(qū)：方法區(qū)，堆區(qū)，棧區(qū)，PC寄存器區(qū)和本地方法棧區(qū)。

在該階段中，涉及到如下基本概念和知識。

1、方法區(qū)

方法區(qū)用來存儲解析被加載的class文件的相關(guān)信息。

當(dāng)虛擬裝載一個class文件后，它會從這個class文件包含的二進制數(shù)據(jù)中解析類型信息，然后將該相關(guān)信息存儲到方法區(qū)中。

2.堆

堆是用來存儲相關(guān)引用類型的，如new對象。當(dāng)程序運行時，虛擬機會把所有該程序在運行時創(chuàng)建的對象都放到堆中。

3.PC寄存器

PC寄存器主要用來存儲線程。當(dāng)新創(chuàng)建一個線程時，該線程都將得到一個自己的PC寄存器(程序計數(shù)器)以及一個java棧。

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

4.棧區(qū)

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

Java棧是由許多棧幀組成的，一個棧幀包含一個Java方法調(diào)用的狀態(tài)，當(dāng)線程調(diào)用一個方法時，虛擬機壓入一個新的棧幀到該線程的Java棧中，當(dāng)該方法返回時，這個棧幀從Java棧中彈出。

（三）執(zhí)行引擎與運行時數(shù)據(jù)區(qū)交互

運行時數(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)行引擎通過與運行時數(shù)據(jù)區(qū)交互，從而獲取執(zhí)行時需要的相關(guān)信息，存儲執(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，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。

需要注意的是，本地方法與操作系統(tǒng)強耦合的。

（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，從而實現(xiàn)在具體的平臺上執(zhí)行。比如在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。

五 參考文獻

1、深入Java虛擬機（原書第2版）(美)Bill Venners 著

2、Core Java Volume I - Fundamententals(10th Edition)

3、Core Java Volume I - Advanced Features(10th Edition)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的你写的 Java 代码是如何一步步输出结果的的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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