一個java文件是怎么一步一步執行的

本文轉載自查看原文 2020-05-09 21:15 720 Java

說點什么呢，java比你想的要難

寫了多年java，發現好多人並不知道一個class文件怎么被解析執行的，所以我也發表下看法

1. 編寫java源文件

2. 把java源文件編譯成.class字節碼文件，JVM不認識源文件

3. JVM處理class文件

搞java開發，不得不提的就是JVM了，JVM全稱是Java Virtual Machine（簡稱JVM，中文叫Java虛擬機，請務必記住JVM，看到不少人整天JVM的，都不知道它的全稱是什么），java的宿主環境，可以認為JVM就是虛擬仿真出來的一台計算機。簡單繪了一張圖，如下（一圖勝千言）：

java之所以一次編寫，到處運行，就是因為虛擬機（虛擬虛擬，虛擬出來的計算機，一台被托管的電腦）的緣故。

3.1 jvm處理class文件

加載是指將java源文件編譯之后的class文件讀入到內存中，然后在堆區創建一個java.lang.Class對象，用於封裝類在方法區內的數據結構。類加載的最終目的是封裝類在方法區的數據結構，並向java程序員提供訪問方法區數據的接口。

類的生命周期一共分為5個階段，加載、連接、初始化、使用、卸載。

加載：類的加載過程主要完成3件事件，1.通過類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節流，2.將這個類字節流代表的靜態存儲結構轉為方法區的運行時數據結構，3.在堆中生成一個代表此類的java.lang.Class對象，作為訪問方法區這些數據結構的入口。這個過程主要是類加載器完成的，如圖

從上圖我們就可以看出類加載器之間的父子關系和管轄范圍。

BootStrap是最頂層的類加載器，它是由C++編寫而成,並且已經內嵌到JVM中了,主要用來讀取Java的核心類庫JRE/lib/rt.jar

ExtensionClassLoader是是用來讀取Java的擴展類庫，讀取JRE/lib/ext/*.jar

AppClassLoader是用來讀取CLASSPATH指定的所有jar包或目錄的類文件

甚至可以自定義加載器

加載過程用到了很牛掰的雙親委派模型，它是這樣的一套機制：

"類加載器"加載類時,先判斷該類是否已經加載過了；

如果還未被加載，則首先委托其"類加載器"的"父類加載器"去加載該類，這是一個向上不斷搜索的過程，當類所有的"祖宗類加載器"(包括了bootstrap classloader)都沒有加載到類,則回到發起者"類加載器"去加載,如果還加載不了，則拋出ClassNotFoundException.

請參考http://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/687fd7c7986d/src/share/classes/java/lang/ClassLoader.java

連接：這個過程分3個階段(校驗，准備，解析)完成。首先是校驗，此階段主要校驗class文件包含的信息是否符合jvm的規范。具體的校驗通過對文件格式，元數據，字節碼，符號引用驗證來完成。然后是准備，此階段為類變量分配內存，並將其初始化為默認值。最后是解析，即把類型中的符號引用轉換成為直接引用。具體的解析有4種，1.類或接口的解析，2.字段解析，3.類方法解析，4.接口方法解析。完成這3個階段就完成了類的連接。

初始化（很重要）：即執行類的構造器方法的過程。有5種方法可以完成初始化：1.調用new方法，2.使用Class類的newInstance方法(反射機制)，3.使用Constructor類的newInstance方法(反射機制)，4.使用Clone方法創建對象，5.使用(反)序列化機制創建對象

碼農開發用new關鍵字創建對象，而框架（spring，mybatis等）特別喜歡用第2和3種方式創建對象，還記得我說的框架四要素嗎，其中有一要素就是反射機制

使用：完成類的初始化后，就可以對類進行實例化，在程序中進行使用了

卸載：當類被加載，連接和初始化后，它的生命周期就始了，當代表類的class對象不在被引用時，class對象就會結束生命周期，類在方法區內的數據就會被卸載。因此一個類何時結束生命，取決於代表它的class對象何時結束生命。

3.2 JVM的內存結構

Java程序在運行時，需要在內存中的分配空間。為了提高運算效率，就對數據進行了不同空間的划分，因為每一片區域都有特定的處理數據方式和內存管理方式，如上圖，Java中的內存分配了5個區：

Method Area方法區

方法區是被所有線程共享，所有字段和方法字節碼，以及一些特殊方法如構造函數，接口代碼也在此定義。簡單說，所有定義的方法的信息都保存在該區域，此區域屬於共享區間。

靜態變量+常量+類信息+運行時常量池存在方法區中，實例變量存在堆內存中。

Heap 堆：堆這塊區域是JVM中最大的，應用的對象和數據都是存在這個區域，這塊區域也是線程共享的，也是 gc 主要的回收區，一個 JVM 實例只存在一個堆類存，堆內存的大小是可以調節的。類加載器讀取了類文件后，需要把類、方法、常變量放到堆內存中，以方便執行器執行。

注jdk8永久代改為了metaspace元空間

Stack 棧：棧也叫棧內存，主管Java程序的運行，是在線程創建時創建，它的生命期是跟隨線程的生命期，線程結束棧內存也就釋放，對於棧來說不存在垃圾回收問題，只要線程一結束該棧就Over，生命周期和線程一致，是線程私有的，基本類型的變量和對象的引用變量都是在函數的棧內存中分配。遵循“先進后出”/“后進先出”原則。

PC Register程序計數器

每個線程都有一個程序計算器，就是一個指針，指向方法區中的方法字節碼（下一個將要執行的指令代碼），由執行引擎讀取下一條指令，是一個非常小的內存空間，幾乎可以忽略不記。

Native Method Stack本地方法棧

它的具體做法是Native Method Stack中登記native方法，在Execution Engine執行時加載native libraies。

暫且這么多，以后有時間了接着補充。。。。。。

參考：