深入Java虛擬機器（程式運行）

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引子：開啟黑匣子 心中有數

老實說，對於C++的整個編譯運行過程，我並沒有全面的瞭解，好幾次被問住了，看來是彙編沒有學好，但是在看完《深入Java虛擬機器》之後，對於Java代碼到啟動並執行每一個細節，有了更全面的認識。

描述一下整體的流程：程式員根據Java API編寫Java程式，各種類檔案，用一個Java編譯器編譯Java程式為class檔案，class檔案通過一定的分發方式被Java虛擬機器裝載、串連、初始化，變成Java虛擬機器方法區的Class類，然後被執行個體化為堆區的對象，隨著虛擬機器的執行，對象可能不再被引用而被記憶體回收，隨後class檔案可能變得不可觸及而被虛擬機器卸載，最後虛擬機器隨著最後一個非背景線程的結束而退出。

步驟一：編寫Java程式【產生 *.java】

一個Java檔案只允許定義一個public的Java類，因為虛擬機器是通過檔案名稱的機制搜尋類型定義的。Java程式員根據Java API編寫程式。

步驟二：編譯Java檔案為class檔案【產生class】

class檔案的結構包含了Java虛擬機器所需要知道的關於類的所有資訊。檔案內容大致為：魔術、版本、常量池、this_class、super_class、介面、欄位、方法、屬性

class檔案稍微有點繞的是常量池。常量池中的常量不是我們程式員角度理解的狹義的常量，一個類的名字是常量，一個方法的描述是常量，一個屬性的描述也是常量。常量池中包含了所有的字面資訊，通過索引，你可以尋找到一個方法的名字和描述，一個欄位的名字，一個常量字串 等等。在串連模型中，有一個解析的過程，就是因為在位元組碼中，所有的都是符號引用，比如調用了某個方法，位元組碼是說調用了常量區的一項內容，這項內容表示的是一個方法，因此，這就需要進行解析，將這個常量區的引用轉變為方法的直接引用。常量池中被解析的項都會被標記，這樣下一次就不用再次解析了。

所以我們看class檔案是如何完全表達一個類的資訊的：類的名字通過this_class指向的常量池可以得到，父類通過super_class，介面、方法、欄位 都可以通過相應的檔案段在常量區中找到基本資料。方法的位元組碼在方法的屬性欄位中定義了位元組碼，方法的屬性還定義了有多少個變數，需要用多大的棧空間。

步驟三：裝載、串連、初始化【產生類】

在最開始我們強調通過一定的分發方式，這是因為class檔案可能存在與啟動並執行虛擬機器上，也可能存在與網路上，通過使用者自訂的類型裝載器，開發人員可以定義靈活的機制擷取代碼。

1，裝載。裝載必須產生代表該類型的二進位流（讀檔案或者從網路或者其他方式），解析位元據為內部資料結構，建立一個 java.lang.Class類

2，驗證。驗證是否符合Java語言的語義。

3，準備。為類變數分配記憶體，並初始化為預設值。

4，解析。就是在類型的常量池中尋找類、介面、欄位和方法的符號引用，把他們替換為直接引用的過程。在符號引用被首次使用之前，解析都是可選的。

5，初始化。初始化為“正確”的初始值，即程式員期望的初始值，代碼中static定義的，被收集到 <clinit> 方法中。

步驟四：類執行個體產生，記憶體回收【產生類執行個體：對象】

現在一切具備，程式開始運行。記憶體分別如

到此時，我想我們對整個流程有了一個全面的認識（我們刻意忽略了安全相關的話題）

從虛擬機器的角度，最開始是面對的class檔案，讀入並解析class檔案，將PC寄存器設定為main入口，然後開始執行位元組碼。位元組碼總是針對運算棧的，所以虛擬機器知道運算元就在運算棧那裡。位元組碼由操作符和運算元定義，運算元可能為Java棧的局部變數，可能為常量池的引用。如果是常量池的引用，並且還未解析，則需要進行解析。任何時候，棧中都是基本變數或者對象引用，按部就班執行就行了。

 

深入Java虛擬機器（程式運行）