Java程序編譯和運行的過程

          Java整個編譯以及運行的過程至關繁瑣，本文經過一個簡單的程序來簡單的說明整個流程。       

          以下圖，Java程序從源文件建立到程序運行要通過兩大步驟：一、源文件由編譯器編譯成字節碼（ByteCode）  二、字節碼由java虛擬機解釋運行。由於java程序既要編譯同時也要通過JVM的解釋運行，因此說Java被稱爲半解釋語言（ "semi-interpreted" language）。

圖1   java程序編譯運行過程

 

        下面經過如下這個java程序，來講明java程序從編譯到最後運行的整個流程。代碼以下：

 

//MainApp.java
public class MainApp {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal("Puppy");
        animal.printName();
    }
}
//Animal.java
public class Animal {
    public String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void printName() {
        System.out.println("Animal ["+name+"]");
    }
}

 

        第一步(編譯): 建立完源文件以後，程序會先被編譯爲.class文件。Java編譯一個類時，若是這個類所依賴的類尚未被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，而後引用，不然直接引用，這個有點象make。若是java編譯器在指定目錄下找不到該類所其依賴的類的.class文件或者.java源文件的話，編譯器話報「cant find symbol」的錯誤。

        編譯後的字節碼文件格式主要分爲兩部分： 常量池和 方法字節碼。常量池記錄的是代碼出現過的全部token(類名，成員變量名等等)以及符號引用（方法引用，成員變量引用等等）；方法字節碼放的是類中各個方法的字節碼。下面是MainApp.class經過反彙編的結果，咱們能夠清楚看到.class文件的結構：

圖2  MainApp類常量池  

 

圖3  MainApp類方法字節碼

           第二步（運行）：java類運行的過程大概可分爲兩個過程：一、類的加載  二、類的執行。須要說明的是：JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，纔會去加載該類。也就是說，JVM並非在一開始就把一個程序就全部的類都加載到內存中，而是到不得不用的時候才把它加載進來，並且只加載一次。

        下面是程序運行的詳細步驟：

1. 在編譯好java程序獲得MainApp.class文件後，在命令行上敲java AppMain。系統就會啓動一個jvm進程，jvm進程從classpath路徑中找到一個名爲AppMain.class的二進制文件，將MainApp的類信息加載到運行時數據區的方法區內，這個過程叫作MainApp類的加載。
2. 而後JVM找到AppMain的主函數入口，開始執行main函數。
3. main函數的第一條命令是Animal  animal = new Animal("Puppy");就是讓JVM建立一個Animal對象，可是這時候方法區中沒有Animal類的信息，因此JVM立刻加載Animal類，把Animal類的類型信息放到方法區中。
4. 加載完Animal類以後，Java虛擬機作的第一件事情就是在堆區中爲一個新的Animal實例分配內存, 而後調用構造函數初始化Animal實例，這個Animal實例持有着指向方法區的Animal類的類型信息（其中包含有方法表，java動態綁定的底層實現）的引用。
5. 當使用animal.printName()的時候，JVM根據animal引用找到Animal對象，而後根據Animal對象持有的引用定位到方法區中Animal類的類型信息的方法表，得到printName()函數的字節碼的地址。
6. 開始運行printName()函數。

 圖4   java程序運行過程

特別說明：java類中全部public和protected的實例方法都採用動態綁定機制，全部私有方法、靜態方法、構造器及初始化方法<clinit>都是採用靜態綁定機制。而使用動態綁定機制的時候會用到方法表，靜態綁定時並不會用到。本文只是講述java程序運行的大概過程，因此並無細加區分。本文的所述的流程很是粗糙，想深刻了解的讀者請查閱其餘資料。存在謬誤的地方，請多指正。