Java的運行原理

在Java中引入了虛擬機器的概念，即在機器和編譯器之間加入了一層抽象的虛擬機器。這台虛擬機器在任何平台上都提供給編譯器一個的共同的介面。編譯器只需要面向虛擬機器，產生虛擬機器能夠理解的代碼，然後由解譯器來將虛擬機器代碼轉換為特定系統的機器碼執行。在Java中，這種供虛擬機器理解的代碼叫做位元組碼(ByteCode)（class檔案的內容），它不面向任何特定的處理器，只面向虛擬機器。每一種平台的解譯器是不同的，但是實現的虛擬機器是相同的。Java來源程式經過編譯器編譯後變成位元組碼，位元組碼由虛擬機器解釋執行，虛擬機器將每一條要執行的位元組碼送給解譯器，解譯器將其翻譯成特定機器上的機器碼，然後在特定的機器上運行。

 

跨平台：

話說，在北京，一般都是講北京話的，上海，一般都是將上海話，廣東，廣東話...
現有一公文發出，要全國執行，該當如何？——先統一翻譯成普通話。各地在將普通話版本翻譯成當地的方言。

這裡，北京、上海就是不同類型的機器windows，linux...
編譯(javac)就是將公文翻譯成普通話的過程，而編譯出的.class檔案，就是公文的普通話版本。
在執行的時候，各地的翻譯就是jvm，負責將.class轉換成本地能夠理解的方言來執行。

*.java→*.class→機器碼 java編譯器 (編譯) → 虛擬機器(解釋執行) →  解譯器(翻譯) → 機器碼

Java虛擬機器(JVM)

Java虛擬機器(JVM)是Java Virtual Machine的縮寫,它是一個虛構出來的電腦,是通過在實際的電腦上模擬類比各種電腦功能類比來實現的。

Java中，類載入器把一個類裝入JAVA虛擬機器需要經過三個步驟來完成：裝載、連結、初始化，其中連結又分來校正、準備、解析過程

裝載：尋找和匯入.class檔案

連結：檢查裝入.class檔案的正確性，然後，java虛擬機器為變數分配記憶體，設定預設值

初始化：把符號引用變成直接引用。。。

View Code

 1 public class  Main {   2  3 private static int size=1;   4  5 public static void main(String args[]) {    6  7 User u = new User();   8  9 u.setName("李文水");  10 11 u.setPwd("159");  12 13 String name = u.getName();  14 15 String pwd = u.getPwd();  16 17 u = null;  18 19 }  20 21 }  22 23 public class User {  24 25 private String name;  26 27 private String pwd;  28 29 public String getName() {  30 31 return name;  32 33 }  34 35 public void setName(String name) {  36 37 this.name = name;  38 39 }  40 41 public String getPwd() {  42 43 return pwd;  44 45 }  46 47 public void setPwd(String pwd) {  48 49 this.pwd = pwd;  50 51 }  52 53 } 

 

現在假設這兩個java源檔案已經被編譯成了CLASS檔案了，我們來看看java虛擬機器怎麼執行的。

Java虛擬機器工作流程：

1.裝載

描敘：Java虛擬機器裝載指定的CLASS檔案

結果：形成這個CLASS類的執行個體對象

過程：java虛擬機器使用類裝載器定位到相應的CLASS檔案，然後讀取這個CLASS檔案（一個線性位元據流），將它傳入java虛擬機器中。緊接著虛擬機器提取其中的類型資訊。比如：該類的類名，方法名，變數名，修飾符，方法的傳回型別等等。還有一個重要的東西就是常量池。（常量池儲存了該類型的所有常量，包括直接常量和對其他類型，欄位，方法的符號引用）將這些資訊儲存在一個叫做方法區的地方。最終形成CLASS類的執行個體，這個執行個體存放在記憶體的堆區。它成為了java程式與內部資料結構之間的介面，程式要訪問該類型的資訊，程式就調用該類型對應的CLASS執行個體對象的方法。簡而言之：這個過程就是把一個類型的位元據解析為方法區中的內部資料結構，並在堆上建立一個CLASS對象的過程。

樣本：裝載Main類

Java虛擬機器讀取Main類的CLASS檔案，生產對應的java.lang.Class類的執行個體，讀取其中的類型資訊，比如修飾符 private，public，static，另外變數 size，name，pwd，User（User即為一個引用）共同構成了這個類的常量池。將這些資訊儲存在方法區，

2.連結

描述：驗證，準備，解析（可選）

結果：這個類型是正確的。（這裡不知道該怎麼描述）

過程：

1)驗證：確定類型符合java語言的語義，比如：final類不能有子類，final方法不能被覆蓋，確保在類型和超類型之間沒有不相容的方法聲明（比如兩個方法擁有同樣的名字，參數完全相同，但傳回型別不同）。

2)準備：java虛擬機器為類變數分配記憶體，設定預設值

3)解析：在類型的常量池中尋找類，介面，欄位和方法的符合引用把這些符號引用替換成直接引用的過程。

樣本： 串連Main類

Java虛擬機器為size分配記憶體，並賦預設值0.找到常量池中User類的引用，如果User類還沒有被裝載，則裝載並且串連該類，然後將常量池中對User類的引用替換為直接引用。在此時User類並不會被初始化，因為還沒有用它。

3.初始化

描述：初始化一些靜態變數

結果：這個類型可以使用了

過程：可能會調用()方法，（這個方法只能夠由java虛擬機器調用）來初始化該類的靜態變數。在調用這個方法前，必須確認該類的超類的() 方法已經被調用。

樣本：初始化Main類

Java虛擬機器將Main類的靜態變數賦值為1.

4.使用（執行該類代碼了）

1.User u = new User();（存放在記憶體的堆區）

建立了一個User類執行個體，實際上是通過這個類的CLASS執行個體執行個體化的。方法如下：

User u=(User)Class.forName("User").newInstance();

為了方便，用C代替Class.forName("User")

2.u.setName("李文水"); u.setPwd("159");

調用該類的方法，為該類的變數賦值，Java虛擬機器內部調用是這樣的，通過方法區找到該方法，利用CLASS執行個體的如下方法調用：

c.getMethod("setName").invoke(u,"李文水");

3.String name = u.getName()； String pwd = u.getPwd();

與第二步類似，不同的是將取得的值分別賦給了變數name和pwd。關鍵是這個值儲存在哪裡？和執行個體對象一樣，存放在堆區。這個時候我應該可以看出CLASS執行個體的作用了，它就是起個中間作用，將程式中的調用反應到堆區上資料的變化。

4.u = null;

這個步驟寫出來的目的是瞭解一下Java虛擬機器記憶體回收機制。（沒有什麼實際意義）

Java虛擬機器內部會根據一種規則(這個對象是否可以觸及)來判斷這兩個類是否可以回收了？具體形式如下：

 

當執行 u = null;時這條線就被斬斷了，因此User執行個體就不可以觸及了，所以java虛擬機器就可以回收這個User執行個體了