Java基础

Java

发布日期: 2019-03-25

文章字数: 1.6k

阅读时长: 5 分

Java整个编译以及运行的过程相当繁琐，本文通过一个简单的程序来简单的说明整个流程。

如下图，Java程序从源文件创建到程序运行要经过两大步骤：

1、源文件(.java)由编译器编译成字节码（ByteCode）

2、字节码(.class)由java虚拟机解释运行。因为java程序既要编译同时也要经过JVM的解释运行，所以说Java被称为半解释语言（ “semi-interpreted” language）

下面通过以下这个java程序，来说明java程序从编译到最后运行的整个流程。代码如下：

//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(编译)

创建完源文件之后，程序会先被编译为.class文件。Java编译一个类时，如果这个类所依赖的类还没有被编译，编译器就会先编译这个被依赖的类，然后引用。如果java编译器在指定目录（BootStrap加载路径下、ExtClassLoader加载路径下、AppClassLoader的加载路径下和自定义类加载器的路径下）下找不到该类所其依赖的类的.class文件或者.java源文件的话，编译器话会抛出ClassNotFound异常。

编译后的字节码文件格式主要分为两部分：常量池和方法字节码。==常量池记录的是代码出现过的所有token(类名，成员变量名等等)以及符号引用（方法引用，成员变量引用等等）==；方法字节码放的是==类中各个方法的字节码==。

下面是MainApp.class通过反汇编的结果，我们可以清楚看到.class文件的结构：

MainApp类常量池：

MainApp类方法字节码：

第二步（运行）

java类运行的过程大概可分为两个过程：1、类的加载 2、类的执行。需要说明的是：JVM主要在程序第一次主动使用类的时候，才会去加载该类。也就是说，JVM并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中，而是到不得不用的时候才把它加载进来，而且只加载一次（双亲委派模型决定的只会加载一次）。

下面是程序运行的详细步骤：

在编译好java程序得到MainApp.class文件后，在命令行上敲java AppMain。系统就会启动一个jvm进程，jvm进程从classpath路径中找到一个名为AppMain.class的二进制文件，==将MainApp的类信息加载到运行时数据区的方法区内==，这个过程叫做MainApp==类的加载==。
然后JVM找到AppMain的主函数入口，开始执行main函数。
main函数的第一条命令是Animal animal = new Animal(“Puppy”);就是让JVM创建一个Animal对象，但是这时候方法区中没有Animal类的信息，所以JVM马上加载Animal类，把Animal类的类型信息放到方法区中。

补充：

字段信息：存放类中声明的每一个字段的信息，包括字段的名、类型、修饰符。

方法信息：类中声明的每一个方法的信息，包括方法名、返回值类型、参数类型、修饰符、异常、方法的字节码。
加载完Animal类之后，Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Animal实例分配内存, 然后调用构造函数初始化Animal实例（先进行默认初始化和显式初始化，然后调用构造方法），==这个Animal实例持有着指向方法区的Animal类的类型信息（其中包含有方法表，java动态绑定的底层实现）的引用==。
当使用animal.printName()的时候，JVM根据animal引用找到Animal对象，==然后根据Animal对象持有的引用定位到方法区中Animal类的类型信息的方法表，获得printName()函数的字节码的地址==。
开始运行printName()函数。

特别说明：java类中所有public和protected的实例方法都采用动态绑定机制，所有私有方法、静态方法、构造器及初始化方法都是采用静态绑定机制。而使用动态绑定机制的时候会用到方法表，静态绑定时并不会用到。

总结

Animal animal = new Animal("Puppy");

在内存中到底执行了哪些步骤？

加载Animal.class文件进内存(Application ClassLoader类加载器加载ClassPath上的Animal.class文件)，把类的类型信息加载到方法区中；
验证Animal.class文件，确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求；
准备，为类变量（static修饰的变量）分配内存并设置初始值(如int型默认为0)；
解析，将常量池的符号引用替换为直接引用；
初始化，执行类变量的赋值动作和静态语句块中的语句；
在栈内存为 animal 变量申请内存空间；
在堆内存为Animal对象申请内存空间；
对类中的成员变量进行默认初始化(比如int变量默认为0)；
对类中的成员变量进行显式初始化；
有构造代码块就先执行构造代码块，如果没有，则省略；
执行构造方法，通过构造方法对对对象属性进行初始化(这里就是利用构造器，传入”Puppy”为对象数据初始化)；
堆内存中的数据初始化完毕后，把内存值复制给 animal 变量

补充：

静态代码块、构造代码块和构造方法

public class PersonDemo {
    private String name="zhang";
    private int age;
    private static String country = "cn";

    //静态代码块，对PersonDemo.class类进行初始化
    static {
        System.out.println("静态代码块" + country);
    }

    //构造代码块，对对象进行初始化
    {
        System.out.println("构造代码块" + this.name);
    }

    //构造方法
    public PersonDemo(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void show() {
        System.out.println("静态方法" + country);
    }
}