Java编译期和运行期 & JVM

时间：2018-05-16 15:35:06 阅读：218 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：extends method 类型信息 inpu 执行引擎 java程序 translate 声明遇到

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。

首先两张图，描述编译和执行的过程：

Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图如下所示：

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Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示：

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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、源文件由编译器编译成字节码（ByteCode） 2、字节码由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）。

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图1 java程序编译运行过程

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：

Java代码

//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，否则直接引用，这个有点象make。如果java编译器在指定目录下找不到该类所其依赖的类的.class文件或者.java源文件的话，编译器话报“cant find symbol”的错误。

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：

图2 MainApp类常量池

图3 MainApp类方法字节码

最后生成的class文件由以下部分组成：

结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息

　　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。

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。
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，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。

图4 java程序运行过程

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<clinit>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。

Ps:

方法重载：这个是发生在编译时的。方法重载也被称为编译时多态，因为编译器可以根据参数的类型来选择使用哪个方法。

public class {
     public static void evaluate(String param1);  // method #1
     public static void evaluate(int param1);   // method #2
}

如果编译器要编译下面的语句的话：

evaluate(“My Test Argument passed to param1”);

它会根据传入的参数是字符串常量，生成调用#1方法的字节码

方法覆盖：这个是在运行时发生的。方法重载被称为运行时多态，因为在编译期编译器不知道并且没法知道该去调用哪个方法。JVM会在代码运行的时候做出决定。

public class A {
   public int compute(int input) {          //method #3
        return 3 * input;
   }       
}
 
public class B extends A {
   @Override
   public int compute(int input) {          //method #4
        return 4 * input;
   }       
}

子类B中的compute(..)方法重写了父类的compute(..)方法。如果编译器遇到下面的代码：

public int evaluate(A reference, int arg2)  {
     int result = reference.compute(arg2);
}

编译器是没法知道传入的参数reference的类型是A还是B。因此，只能够在运行时，根据赋给输入变量“reference”的对象的类型（例如，A或者B的实例）来决定调用方法#3还是方法#4.

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原文地址：https://www.cnblogs.com/qinhao517/p/9045436.html

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