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Java程序運行時，必須經過編譯和運行兩個步驟。首先將后綴名為.java的源文件進行編譯，最終生成后綴名為.class的字節碼文件。然后Java虛擬機將編譯好的字節碼文件加載到內存（這個過程被稱為類加載，是由加載器完成的），然后虛擬機針對加載到內存的java類進行解釋執行，顯示結果。
Java的運行原理
在Java中引入了虛擬機的概念，即在機器和編譯程序之間加入了一層抽象的虛擬的機器。這臺虛擬的機器在任何平臺上都提供給編譯程序一個的共同的接口。編譯程序只需要面向虛擬機，生成虛擬機能夠理解的代碼，然后由解釋器來將虛擬機代碼轉換為特定系統的機器碼執行。在Java中，這種供虛擬機理解的代碼叫做字節碼（ByteCode），它不面向任何特定的處理器，只面向虛擬機。每一種平臺的解釋器是不同的，但是實現的虛擬機是相同的。Java源程序經過編譯器編譯后變成字節碼，字節碼由虛擬機解釋執行，虛擬機將每一條要執行的字節碼送給解釋器，解釋器將其翻譯成特定機器上的機器碼，然后在特定的機器上運行。
Java代碼編譯和執行的整個過程
Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來完成，流程圖如下所示：
Java字節碼的執行是由JVM執行引擎來完成，流程圖如下所示：
Java代碼編譯和執行的整個過程包含了以下三個重要的機制：
Java源碼編譯機制
類加載機制
類執行機制
Java源碼編譯機制
Java 源碼編譯由以下三個過程組成：（javac –verbose 輸出有關編譯器正在執行的操作的消息）
分析和輸入到符號表
注解處理
語義分析和生成class文件
最后生成的class文件由以下部分組成：
1、結構信息。包括class文件格式版本號及各部分的數量與大小的信息
2、元數據。對應于Java源碼中聲明與常量的信息。包含類/繼承的超類/實現的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池
3、方法信息。對應Java源碼中語句和表達式對應的信息。包含字節碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區大小、求值棧的類型記錄、調試符號信息
類加載機制
JVM的類加載是通過ClassLoader及其子類來完成的，類的層次關系和加載順序可以由下圖來描述：
1）Bootstrap ClassLoader /啟動類加載器
$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++實現，不是ClassLoader子類
2）Extension ClassLoader/擴展類加載器
負責加載java平臺中擴展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包
3）App ClassLoader/ 系統類加載器
負責記載classpath中指定的jar包及目錄中class
4）Custom ClassLoader/用戶自定義類加載器（java.lang.ClassLoader的子類）
屬于應用程序根據自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據j2ee規范自行實現ClassLoader
加載過程中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個classloader已加載就視為已加載此類，保證此類只所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。
類加載雙親委派機制介紹和分析
在這里，需要著重說明的是，JVM在加載類時默認采用的是雙親委派機制。通俗的講，就是某個特定的類加載器在接到加載類的請求時，首先將加載任務委托給父類加載器，依次遞歸，如果父類加載器可以完成類加載任務，就成功返回；只有父類加載器無法完成此加載任務時，才自己去加載。
類執行機制
JVM是基于棧的體系結構來執行class字節碼的。線程創建后，都會產生程序計數器（PC）和棧（Stack），程序計數器存放下一條要執行的指令在方法內的偏移量，棧中存放一個個棧幀，每個棧幀對應著每個方法的每次調用，而棧幀又是有局部變量區和操作數棧兩部分組成，局部變量區用于存放方法中的局部變量和參數，操作數棧中用于存放方法執行過程中產生的中間結果。
執行過程如下
1、為main方法創建棧幀：
局部變量表長度為2，slot0存放參數args，slot1存放局部變量Student s，操作數棧最大深度為5。
2、new#7指令，在java堆中創建一個Student對象，并將其引用值放入棧頂。
3、初始化一個對象（通過實例構造的方式）
up指令：復制棧頂的值，然后將復制的結果入棧。
bipush 23：將單字節常量值23入棧。
ldc #8：將#8這個常量池中的常量即”dqrcsc”取出，并入棧。
ldc #9：將#9這個常量池中的常量即”20150723”取出，并入棧。
4、invokespecial #10：調用#10這個常量所代表的方法，即Student.（）這個方法，這步是為了初始化對象s的各項值
《init》（）方法，是編譯器將調用父類的《init》（）的語句、構造代碼塊、實例字段賦值語句，以及自己編寫的構造方法中的語句整合在一起生成的一個方法。保證調用父類的《init》（）方法在最開頭，自己編寫的構造方法語句在最后，而構造代碼塊及實例字段賦值語句按出現的順序按序整合到《init》（）方法中。
注意到Student.《init》（）方法的最大操作數棧深度為3，局部變量表大小為4。
此時需注意：從dup到ldc #9這四條指令向棧中添加了4個數據，而Student.（）方法剛好也需要4個參數：
public Student（int age， String name， String sid）{
super（age，name）;
this.sid = sid;
}1234567
雖然定義中只顯式地定義了傳入3個參數，而實際上會隱含傳入一個當前對象的引用作為第一個參數，所以四個參數依次為this，age，name，sid。
上面的4條指令剛好把這四個參數的值依次入棧，進行參數傳遞，然后調用了Student.《init》（）方法，會創建該方法的棧幀，并入棧。棧幀中的局部變量表的第0到4個slot分別保存著入棧的那四個參數值。
創建Studet.《init》（）方法的棧幀：
Student.《init》（）方法中的字節碼指令：
aload_0：將局部變量表slot0處的引用值入棧
aload_1：將局部變量表slot1處的int值入棧
aload_2：將局部變量表slot2處的引用值入棧
invokespecial #1：調用Person.（）方法，同調用Student.過程類似，創建棧幀，將三個參數的值存放到局部變量表等，這里就不畫圖了……
從Person.（）返回之后，用于傳參的棧頂的3個值被回收了。
aload_0：將slot0處的引用值入棧。
aload_3：將slot3處的引用值入棧。
putfield #2：將當前棧頂的值”20150723”賦值給0x2222所引用對象的sid字段，然后棧中的兩個值出棧。
return：返回調用方即main（）方法，當前方法棧幀出棧。
重新回到main（）方法中，繼續執行下面的字節碼指令：
astore_1：將當前棧頂引用類型的值賦值給slot1處的局部變量，然后出棧。
5、到這兒為止，第一行代碼執行完畢，將s返回給局部變量表，執行下邊的
public static void main（String［］ args）{
Student s = new Student（23，“dqrcsc”，“20150723”）;//執行完畢
s.study（5，6）;
Student.getCnt（）;
s.run（）;
}1234567891011
aload_1：slot1處的引用類型的值入棧
iconst_5：將常數5入棧，int型常數只有0-5有對應的iconst_x指令
bipush 6：將常數6入棧
6、開始執行第二行代碼，也就是strudy方法
invokevirtual #11：調用虛方法study（），這個方法是重寫的接口中的方法，需要動態分派，所以使用了invokevirtual指令。
創建study（）方法的棧幀：
最大棧深度3，局部變量表5
方法的java源碼：
這里寫代碼片public int study（int a， int b）{
int c = 10;
int d = 20;
return a+b*c-d;
}123456789
bipush 10：將10入棧
istore_3：將棧頂的10賦值給slot3處的int局部變量，即c，出棧。
bipush 20：將20入棧
istore 4：將棧頂的20付給slot4處的int局部變量，即d，出棧。
上面4條指令，完成對c和d的賦值工作。
iload_1、iload_2、iload_3這三條指令將slot1、slot2、slot3這三個局部變量入棧：
imul：將棧頂的兩個值出棧，相乘的結果入棧：
iadd：將當前棧頂的兩個值出棧，相加的結果入棧
iload 4：將slot4處的int型的局部變量入
isub：將棧頂兩個值出棧，相減結果入棧：
ireturn：將當前棧頂的值返回到調用方。
7、到這兒為止，第二行代碼執行完畢，返回值返回給s，執行下邊的
public static void main（String［］ args）{
Student s = new Student（23，“dqrcsc”，“20150723”）;//執行完畢
s.study（5，6）;
Student.getCnt（）;
s.run（）;
}1234567891011
invokestatic #12 調用靜態方法getCnt（）不需要傳任何參數
pop：getCnt（）方法有返回值，將其出棧
aload_1：將slot1處的引用值入棧
invokevirtual #13：調用0x2222對象的run（）方法，重寫自父類的方法，需要動態分派，所以使用invokevirtual指令
return：main（）返回，程序運行結束。
工商網監
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