[零] Java 語言運行原理 JVM原理淺析 入門瞭解簡介 Java語言組成部分 javap命令使用

Java Virtual Machine  官方介紹

Java虛擬機規範官方文檔

https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

其中以java8的爲

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html

看下官方的介紹的一節

The Java Virtual Machine Java虛擬機是Java平臺的基石。是java實現硬件和操做系統的獨立性(也就是無關性)，生成極小體積的編譯代碼,以及保護用戶免受惡意程序攻擊的的關鍵技術組成部分。 Java虛擬機是一種抽象計算機器。像真正的計算機同樣，它有一個指令集以及在運行時各類內存區域。 使用虛擬機實現編程語言是至關廣泛的; 最著名的虛擬機多是 P-Code machine of UCSD Pascal. Java虛擬機的第一個原型實現是在Sun Microsystems inc.完成的，它在手持設備上仿真實現了Java虛擬機指令集，該設備相似於如今的我的數字助理（PDA）。Oracle如今已經將許多java虛擬機實現應用於 移動設備 pc 服務器等領域，可是Java虛擬機不侷限於任何特定的實現技術、主機硬件或主機操做系統。也不侷限於特定的代碼執行方式,雖然不強求使用解釋器來執行程序,可是也能夠經過將它的指令集編譯成一個實際的CPU來實現。它也能夠在微代碼microcode實現，也能夠直接在CPU中實現。 Java虛擬機對Java編程語言一無所知，只知道一種特定的二進制格式，class文件格式。一個class文件包含Java虛擬機指令集（或者稱之爲字節碼bytecode）和符號表，以及其餘輔助信息。 基於安全方面的考慮，Java虛擬機在class文件中施加了許多強制性的語法和結構化約束，凡是能用class文件正確表達出來的編程語言，均可以放在Java虛擬機裏面執行。因爲它是一個通用的、機器無關的執行平臺，因此其餘語言的實現者均可以考慮將Java虛擬機做爲那些語言的交付媒介。

 

 

java的組成部分

 

• Java語言規範
• Java 應用程序編程接口 API
• Java class文件格式規範
• Java虛擬機

java語言規範

java語言規範決定了你要怎麼書寫你的源代碼

也就是java的語法句法詞法結構組成,數據類型長度等,對於java語言自己的描述

好比主函數須要時public static void main(String[] args){ 爲何使用public而不是common表示公用?這就是java語言規範的做用

 

java應用程序編程接口

Java應用程序API 也就是java設計者提供的基本的功能方法,好比訪系統資源 

API之主要目的是提供應用程序與開發人員以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內部工做機制的細節。

提供API所定義的功能的軟件稱做此API的實現。API是一種接口，故而是一種抽象。

應用程序接口爲："電腦操做系統（Operating system）’或‘程序庫’提供給應用程序調用使用的代碼

其實全部的功能也都是依賴操做系統自己的,好比讀取文件,獲取文件的屬性

若是一個操做系統,自己就沒有網絡通訊的功能,你是不可能在上面完成網絡通訊程序的開發的

 

Java class文件格式規範

編譯後被Java虛擬機執行的一種二進制文件格式

這是一種統一的明確的格式 通常以文件的形式存儲

其實就是java虛擬機的"機器語言"

 

Java虛擬機

讀取class文件,解析class文件並執行,實際運行java的機器

一種抽象化的計算機，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。

 

編寫任何一個程序你都會用到這四個技術領域

無關與相關的辯證關係

 

JVM是平臺相關的,不一樣的平臺有不一樣的虛擬機

可是她在不一樣的平臺上提供統一一致的JVM虛擬指令集,對具體的平臺進行抽象封裝

無論運行在何種平臺,他們提供一致性的操做與訪問形式

從JVM自己的平臺相關性,轉變成爲JAVA語言的平臺無關性

 

class文件是源代碼編譯後的  平臺無關的  二進制文件格式,

不依賴於特定的硬件與操做系統表示形式

是JVM能夠識別執行的語言,至關於JVM的機器語言

也就是說,無論何種語言,若是一旦可以編譯成爲符合規範的class文件格式

就可以被JVM進行執行! 這就至關於實現了語言無關性

 

能夠說,java設計者的野心很大, class文件 與JVM的結合,語言無關加上平臺無關

 

 

 

java語言實現與運行原理

再回頭看下java技術體系,能夠很清晰的看得出來

java的語言實現與運行原理

Java語言規範 和 Java 應用程序編程接口 API 提供了使用Java語言解決問題的方式

Java class文件格式規範 和Java虛擬機 則約定了Java的運行原理

class文件是對源代碼的編譯,不只僅具備語言無關性的好處

源代碼是以對人友好的方式,class文件是機器友好的,經過對原始文件進行特殊的處理與轉換,可以提升運行的性能,將一部分工做前置

class文件既然是對於源代碼的轉換描述

天然是會涉及到java中的各類數據類型,方法調用,常量等等的描述與表示

JVM既然是解析class文件進行解析執行,天然是須要解析class文件,而且可以讀取驗證文件的格式以及語法格式,而後進行裝載運行

 

因此說想要了解Java的運行原理

最基本的兩個部分就是class文件的結構組成以及JVM的運行區域內存的管理

Java語法中全部的一切都要可以表示出來

好比數據類型 引用類型仍是基本類型 字段屬性 方法 公有私有 靜態 非靜態 如何表示描述

以及必要的信息,好比當前對象的this等等

某種程度上來講 class文件就是源代碼針對於java虛擬機的"註解版" ,將你知道的語法表示出來

而後還有潛在的隱藏的信息,好比父類信息等

 

對於一個已經定義好的class文件,JVM須要進行一系列嚴格的驗證

由於一個class文件可能不是由一個標準的編譯器生成的也可能被別人惡意篡改過

因此JVM必須驗證

驗證以後還須要進行裝載把數據信息裝載到內存中,而後進行初始化等等

這就是JVM涉及到的部分

因此說想要弄明白java的運行原理須要瞭解清楚class文件的結構以及JVM的運行內存劃分

 

使用javap查看編譯後的文件

 

源代碼

 

javap -v HelloWolrd.class  查看

 

 

上圖中的信息沒必要較真,我也是隨便標註了個別比較好辨別的點

可是你徹底能夠發現

class文件對於源文件的完整表述,類信息,字段信息 方法信息 涉及到的常量與其餘類的調用等等

class文件是一張巨大的表

信息是單獨存放的,能夠把行號#XXX 理解成地址,

以下圖所示,從頭不斷地根據地址信息串聯起來,知道最終的葉子數據信息,造成一張巨大的信息表

 

 

好比

 

 

 

 

再次重申,這些就至關於JVM的機器語言了,有數據,有指令,JVM要作的就是解析執行了

固然,是一項很複雜的工做

 

 

 

另外javap還有不少其餘命令