【JVM系列】一步步解析java執行內幕

        對於任何一門語言，要想達到精通的水平，研究它的執行原理(或者叫底層機制)不失爲一種良好的方式。在本篇文章中，將重點研究java源代碼的執行原理，即從程

序員編寫JAVA源代碼，到最終造成產品，在整個過程當中，都經歷了什麼？每一步又是怎麼執行的？執行原理又是什麼？.....

       固然，本篇文章的粒度可能稍微側重於宏觀方面，更細粒度的技術分析，須要在接下來的該系列文章中與你們分享....

一 編寫java源程序

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  java源文件:指存儲java源碼的文件；

當前比較主流的JAVA IDE?

（1）Intellij IDEA（首推薦）

（2）Eclipse

先來看看以下代碼：

//MyTest被public修飾，故存儲該java源碼的文件名爲MyTest
public class MyTest {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Test Java execute process.");
    }
}

//因爲MyTest被public修飾了，故Class A不能用public修飾
class A{}
//因爲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源文件能夠包含多個類，但只容許一個類爲public

二 編譯java源代碼

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      當java源程序編碼結束後，就須要編譯器編譯，安裝好jdk後，咱們打開jdk目錄，有兩個.exe文件，

即javac.exe(編譯源代碼，即.java文件)和java.exe(執行字節碼，即.class文件)

1.切換到MyTest.java文件夾

2.javac.exe編譯MyTest.java

編譯後，發現e:\Blogs 目錄多了以class爲後綴的文件：A.class,B.class和MyTest.class

Tip:當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的字節碼文件(.class文件)，

其中，字節碼文件的文件名就是每一個類的類名。須要注意的是，類即便不在源文件中定義，但被源文件引用，

編譯後，也會編程相應的字節碼文件，如類A引用類C，但類C不定義在類A的源文件中，編譯後，類C也被編

譯成對應的字節碼文件C.class

三 執行java源文件

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 執行java源文件，用java.exe執行便可

到如今，java源程序基本執行結果，並正確打印咱們指望的結果，那麼，如上的步驟，咱們能夠總結以下：

如上總結，已經抽象化了在JVM中的執行，接下來，咱們將分析，字節碼文件（.calss文件）如何在虛擬機中一步一執行的。

四 JVM如何執行字節碼文件

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 （一） 裝載字節碼文件

        當.java源碼被javac.exe編譯器編譯成.class字節碼文件後，接下來的工做就交給JVM處理，JVM首先經過類加載器(ClassLoader)

將class文件和相關Java API加載裝入JVM，以供JVM後續處理。

       在該階段中，涉及到以下一些基本概念和知識。

 1.JDK,JRE和JVM關係

（1）JDK（Java Development Kit），Java開發工具包，主要用於開發，在JDK7前，JDK包括JRE

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

（3）JVM（Java Virtual Machine），VM是一種用於計算設備的規範，它是一個虛構出來的計算機，是經過在實際的計算機上仿真模擬

         各類計算機功能來實現的，是JRE核心模塊。

2.JVM

       JVM是一種用於計算設備的規範，它是一個虛構出來的計算機，是經過在實際的計算機上仿真模擬各類計算機功能來實現的。Java虛擬機

虛擬機的主要任務是裝載class文件並執行其中的字節碼，不一樣的Java虛擬機中，執行引擎可能由不一樣的實現，大體有以下幾種引擎：

•    一次性解釋字節碼引擎
•     即時編譯引擎
•    自適應優化器

     關於虛擬機的實現方式，採用軟件方式、硬件方式和軟件硬件結合方式，這個要根據具體廠商而定。

3.什麼是ClassLoader

       虛擬機的主要任務是裝載class文件並執行其中的字節碼，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，

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，即啓動類加載器(bootstrap)和用戶自定義類加載器。

       啓動類加載器是Java虛擬機惟一實現的一部分，它又可分爲原始類裝載器，系統類裝載器或默認類裝載器，它的主要做用是從操做系統的

磁盤裝載相應的類，如Java API類等。

       用戶自定義裝載類，按照用戶自定義的方式來裝載類。

（二）將字節碼文件存儲在JVM內存區

       當JAVA虛擬機運行一個程序時，它須要內存來存儲許多東西，如字節碼，從已裝載的class文件中獲得的其餘信息，程序建立的對象，傳遞給

方法的參數，返回值，局部變量以及運算的中間結果等，這些相關信息被組織到「運行時數據區」。

       根據廠商的不一樣，在Java虛擬機中，運行時數據區也有所不一樣，有些運行時數據區由線程共享，有些只能由某個特定線程共享。運行時數據區

大體可分幾個區：方法區，堆區，棧區，PC寄存器區和本地方法棧區。

       在該階段中，涉及到以下基本概念和知識。

      1.方法區

        方法區用來存儲解析被加載的class文件的相關信息。當虛擬裝載一個class文件後，它會從這個class文件包含的二進制數據中解析類型信息，而後將

該相關信息存儲到方法區中。

      2.堆

         堆是用來存儲相關引用類型的，如new對象。當程序運行時，虛擬機會把全部該程序在運行時建立的對象都放到堆中。

     3.PC寄存器

        PC寄存器主要用來存儲線程。當新建立一個線程時，該線程都將獲得一個本身的PC寄存器(程序計數器)以及一個java棧。

Java虛擬機沒有寄存器，其指令集使用Java棧來存儲中間數據。

     4.棧區

       棧區主要用來存儲值類型的，如基本數據類型，須要注意的時，String爲引用類型，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方法調用的狀態，當線程調用一個方法時，虛擬機壓入一個新的棧幀到該線程的Java棧中

，當該方法返回時，這個棧幀從Java棧中彈出。

（三）執行引擎與運行時數據區交互

   運行時數據區爲執行引擎提供了執行環境和相關數據，執行引擎經過與運行時數據區交互，從而獲取

執行時須要的相關信息，存儲執行的中間結果等

 

（四）執行引擎與本地方法接口

當要執行本地方法時，執行引擎將調用本地方法接口來獲取相關OS本地方法，須要注意的是，本地方法與操做系統強耦合的。

（五）JVM在具體操做系統上執行

JVM經過調用本地接口來獲取本地方法，從而實如今具體的平臺上執行，如在Linux系統上執行，在Window系統上

執行和在Unix系統上執行。

五  參考文獻

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 【01】深刻Java虛擬機（原書第2版）(美)Bill Venners 著  

【02】Core Java Volume I - Fundamententals(10th Edition) (美) Cay S.Horstmann

【03】Core Java Volume I - Advanced Features(10th Edition) (美) Cay S.Horstmann

六  版權區

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