Java的加载与执行

Java程序的运行包括两个非常重要的阶段:

一.编译阶段注意:Java程序员直接编写的Java代码(普通文本)是无法被JVM直接识别的,必须通过编译将“普通文本代码”变为“字节码“

第一步:程序员需要在计算机硬盘中任意位置创建一个.java扩展名的文件,该文件被称为 java源文件,源文件当中编写的是java源代码/源程序。java源代码必须符合java的语法规则。第二步:java程序员需要使用JDK当中自带的javac.exe命令进行java程序的编译。

Javac使用规则?javac java源文件的路径javac在哪用?在DOS命令窗口中使用,win+r打开“运行窗口”,输入cmd–注:一个java源文件可以编译生成多个.class文件编译阶段主要检查java源代码是否符合Java语法。符合java语法则能生成以.class结尾的字节码文件,不符合java语法则无法形成字节码文件。字节码文件不是纯粹的二进制,无法在操作系统中直接执行。编译结束之后,可以将class文件拷贝到其他操作系统当中(java跨平台性)。字节码文件/class文件是最终要执行的文件,所以说class文件生成之后,java源文件/.java文件删除并不会影响程序执行。但是一般不删除,最后可能执行效果不是想要的,只能将java源文件重新修改,然后java源文件重新生成class文件,运行class文件生成新的效果。

二.运行阶段JDK安装之后,除了自带javac.exe之外,还有另一个工具/命令,叫java.exe,java.exe主要负责运行阶段。

java.exe在哪里用?在DOS窗口中使用,win+r打开“运行窗口”,输入cmd

java.exe怎么用?java 类名 注意与javac命令的区分例如:硬盘上有一个A.class文件,则:java A硬盘上有一个b.class文件,则:java b注意不能写成:java A.class(错误方式)运行阶段过程步骤:1.打开DOS命令窗口2.输入:java A3.java.exe命令会启动Java虚拟机(JVM),JVM会启动类加载器ClassLoader。4.ClassLoader会去硬盘上搜索A.Class文件,找到该文件则将该文件字节码文件装载到JVM当中。5.JVM将A.Class字节码文件解释成二进制10101010这样的数据。6.然后操作系统执行二进制和底层硬件平台进行交互。

编译阶段和运行阶段可以在不同的操作系统上完成,因为Java具有跨平台性

Java源代码编译后可以删除源代码,只留下字节码,因为源代码不参与程序的执行过程参与执行过程的是字节码,但是最好不要删除源代码

放源代码的文件扩展名必须是xxx.java编译生成的字节码文件扩展名是xxx.class

注意:一个Java源文件是可以编译生成多个class文件的,最终运行的是class文件字节码文件不是二进制文件,如果是二进制,就不需要JVM,因为操作系统可以直接执行二进制文件

Java程序从开发到最终运行经历的过程:编译器:(可以在Windows上)第一步:在硬盘中新建xxx.java文件第二步:使用文本编辑器打开xxx.java文件第三步:在xxx.java文件中编写“符合Java语法规则”的源代码第四步:保存第五步:使用编译器(javac【JDK安装后自带】)对xxx.java文件进行编译第六步:如果xxx.java文件是符合语法规则的,编译会通过;如果xxx.java文件中编写的源代码违背了语法规则,那么编译器会报错,编译器报错后class文件不会生成,只有编译通过了才会生成class字节码文件,并且一个Java源文件是可以生成多个class文件的。(编译实质上是检查语法)

运行期:(可以在widows上,也可以在其他的OS上)第七步:如果是在Linux上运行需要将Windows上生成的class文件拷贝过去,不需要拷贝源代码,真正在Linux运行的是字节码。(但是不要删除源代码)第八步:使用JDK自带的一个命令/工具:Java(负责运行的命令/工具)执行字节码第九步:JVM会将字节码文件装载进去,然后JVM对字节码进行解释(解释器会将字节码解释为二进制)第十步:JVM会将生成的二进制码交给OS,操作系统就会执行二进制码和硬件进行交互

注:在以上过程中,有两个重要命令:javac命令,负责编译java命令,负责运行xxx.java源文件经过编译之后生成了A.class、B.class、C.class等文件其中称A是一个类,B是一个类,C是一个类;A,B,C是类的名字

以上过程中,程序员的工作:新建Java文件打开Java文件写Java源代码保存javac命令编译java命令运行

即:编写-编译-运行

听说你还不知道Java代码是怎么运行的?

作者:Jay_huaxiao

作为一名Java程序员,我们需要知道Java代码是怎么运行的。最近复习了深入理解Java虚拟机这本书,做了一下笔记,希望对大家有帮助,如果有不正确的地方,欢迎提出,感激不尽。

java 代码运行主要流程

本文主要讲解流程如下:

  • java源文件编译为class字节码
  • 类加载器把字节码加载到虚拟机的方法区。
  • 运行时创建对象
  • 方法调用,执行引擎解释为机器码
  • CPU执行指令
  • 多线程切换上下文

编译

我们都知道,java代码是运行在Java虚拟机上的。但是java是一门面向对象的高级语言,它不仅语法非常复杂,抽象程度也非常高,并不能直接运行在计算机硬件机器上。

Java虚拟机(Java Virtual Machine 简称JVM)是运行所有Java程序的抽象计算机,是Java语言的运行环境。

因此,在运行Java程序之前,需要编译器把代码编译成java虚拟机所能识别的指令程序,这就是Java字节码,即class文件。

所以,Java代码运行的第一步是:把Java源代码编译成.class 字节码文件。

类加载

在Class文件中描述的各种信息,需要被加载到虚拟机之后才能运行和使用。因此,需要把class字节码文件加载到Java虚拟机来。

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型,这就是虚拟机的类加载机制。

加载

加载阶段,虚拟机需要完成以下3件事情:

  • 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
  • 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口

加载阶段完成后,这些二进制字节流按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中。

验证

为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,不会危害虚拟机的安全,Java虚拟机对输入的字节流走验证过程。

验证阶段包括四个阶段:文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

  • 文件格式验证: 验证字节流是否符合Class文件格式规范,如:是否以魔数0xCAFEBABE开头。
  • 元数据验证: 对字节码描述的信息进行语义分析,如:这个类的父类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类);
  • 字节码验证: 主要目的是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。如:保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。
  • 符号引用验证: 发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,如:校验符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。

准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。如:

public static int value =123;

变量value在准备阶段过后的初始值是0而不是123。

解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

比如:com.User类引用com.Tool类,在编译时,User类不知道Tool类的实际内存地址,因此只能使用符号com.Tool(假设)来表示。而在类加载加载User类的时候,可以通过虚拟机获取Tool类的实际内存地址,因此便可以将符号com.Tool替换为Tool类的实际内存地址,即直接引用地址。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符 7 类符号引用进行。

初始化

到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java字节码。在这个阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。

创建对象

Java虚拟机是如何执行字节码的呢?我们先来看一下运行时创建对象。

Java是面向对象的编程语言,程序的运行是以对象为调用单位的。

  • 字节码文件加载到虚拟机的方法区后,在程序运行过程,通过 class字节码文件创建与其对应的对象信息 。
  • 创建对象的方式有:new关键字,反射等。
  • Java堆内存是线程共享的区域,创建后的对象信息就保存在Java堆内存中。

方法调用

JVM的调用单位是对象,但是真正执行功能性的代码还是对象上的方法。

在运行过程中,每当调用进入一个java方法,java虚拟机会在当前线程的java方法栈中生成一个栈帧,用以存放局部变量以及字节码的操作数。方法栈内存是线程私有的,每个线程都有自己的方法栈。如果对应的方法是本地方法,则对应的就是本地方法栈。

java运行时数据区域如下:

解释

当调用Java对象的某个方法时,JVM执行引擎会将该方法的字节码文件翻译成计算机所能识别的机器码,机器码信息保存在方法区中。翻译有解释执行和即时编译两种方式。

两种翻译方式的区别如下:

解释执行来一行代码,解释一行,大部分不常用的代码,都是采用这种方式。

即使编译

对于部分热点代码,将一个方法包含的所有字节码翻译成机器指令,以提高java虚拟机的运行效率。

即时编译是建立经典的二八定律上,即20%代码占据了80%的计算资源。

执行指令

  • Java程序被加载入内存后,指令也在内存中了。
  • 指令的指令寄存器IP,指向下一条待执行指令的地址。
  • CPU的控制单元根据IP寄存器的指向,将主存中的指令装载到指令寄存器,这些加载的指令就是一串二进制码,还需要译码器进行解码。
  • 解码后,如果需要获取操作数,则从内存中取数据,调用运算单元进行计算。

多线程上下文切换

CPU一通上电,就会周而复始从内存中获取指令、译码、执行。

  • 为了支持多任务,CPU 将执行时间这个资源划分成时间片,每个程序执行一段时间。
  • java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换分配处理执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条程序中的指令。
  • 假设当前线程在运行中,CPU分配的时间执行完了,总得保存运行过的结果信息吧,要不然白白浪费之前的工作了,因此,程序计数器(PC寄存器)作用体现出来了,它是一块较小的内存空间,线程私有,可以看作当前线程执行的字节码的行号指示器。当CPU又给它分配时间跑的时候,可以把数据恢复,接着上一次执行到的位置继续执行就可以了。

原文:https://juejin.im/entry/5e6ccc05e51d4527110aa25f

如何阅读 Java 源码?

阅读 Java 源码的前提条件:

1、技术基础

在阅读源码之前,我们要有一定程度的技术基础的支持。

假如你从来都没有学过Java,也没有其它编程语言的基础,上来就啃《Core Java》,那样是很难有收获的,尤其是《深入Java虚拟机》这类书,或许别人觉得好,但是未必适合现在的你。

比如设计模式,许多Java源码当中都会涉及到。再比如阅读Spring源码的时候,势必要先对IOC,AOP,Java动态代理等知识点有所了解。

2、强烈的求知欲

强烈的求知欲是阅读源码的核心动力!

大多数程序员的学习态度分为如下几个层次:

  • 完成自己的项目就可以了,遇到不懂的地方就百度一下。
  • 不仅做好项目,还会去阅读一些和项目有关的书籍。
  • 除了阅读和项目相关的书籍之外,还会阅读一些IT行业相关的书籍。
  • 平时会经常逛逛GitHub,找一些开源项目看看。
  • 阅读基础框架、J2EE规范、源码。

大多数程序员的层次都是在第一层,到第五层的人就需要有强烈的求知欲了。

3、足够的耐心

通过阅读源码我们可以学习大佬的设计思路,技巧。还可以把我们一些零碎的知识点整合起来,从而融会贯通。总之阅读源码的好处多多,想必大家也清楚。

但是真的把那么庞大复杂的代码放到你的眼前时,肯定会在阅读的过程中卡住,就如同陷入了一个巨大的迷宫,如果想要在这个巨大的迷宫中找到一条出路,那就需要把整个迷宫的整体结构弄清楚,比如:API结构、框架的设计图。而且还有理解它的核心思想,确实很不容易。

刚开始阅读源码的时候肯定会很痛苦,所以,没有足够的耐心是万万不行的。

如何读Java源码:

团长也是经历过阅读源码种种痛苦的人,算是有一些成功的经验吧,今天来给大家分享一下。

如果你已经有了一年左右的Java开发经验的话,那么你就有阅读Java源码的技术基础了。

1、建议从JDK源码开始读起,这个直接和eclipse集成,不需要任何配置。

可以从JDK的工具包开始,也就是我们学的《数据结构和算法》Java版,如List接口和ArrayList、LinkedList实现,HashMap和TreeMap等。这些数据结构里也涉及到排序等算法,一举两得。

面试时,考官总喜欢问ArrayList和Vector的区别,你花10分钟读读源码,估计一辈子都忘不了。

然后是core包,也就是String、StringBuffer等。如果你有一定的Java IO基础,那么不妨读读FileReader等类。

建议大家看看《Java In A Nutshell》,里面有整个Java IO的架构图。Java IO类库,如果不理解其各接口和继承关系,则阅读始终是一头雾水。

Java IO 包,我认为是对继承和接口运用得最优雅的案例。如果你将来做架构师,你一定会经常和它打交道,如项目中部署和配置相关的核心类开发。

读这些源码时,只需要读懂一些核心类即可,如和ArrayList类似的二三十个类,对于每一个类,也不一定要每个方法都读懂。像String有些方法已经到虚拟机层了(native方法),如hashCode方法。

当然,如果有兴趣,可以对照看看JRockit的源码,同一套API,两种实现,很有意思的。

如果你再想钻的话,不妨看看针对虚拟机的那套代码,如System ClassLoader的原理,它不在JDK包里,JDK是基于它的。JDK的源码Zip包只有10来M,它像是有50来M,Sun公司有下载的,不过很隐秘。我曾经为自己找到、读过它很兴奋了一阵。

2、Java Web项目源码阅读

步骤:表结构 → web.xml → mvc → db → spring ioc → log→ 代码

① 先了解项目数据库的表结构,这个方面是最容易忘记的,有时候我们只顾着看每一个方法是怎么进行的,却没有去了解数据库之间的主外键关联。其实如果先了解数据库表结构,再去看一个方法的实现会更加容易。

② 然后需要过一遍web.xml,知道项目中用到了什么,监听器,过滤器,拥有哪些配置文件。如果是,一般负责过滤请求,进行AOP等;如果是监听器,可能是定时任务,初始化任务;配置文件有如 使用了spring后的读取mvc相关,db相关,service相关,aop相关的文件。

③ 查看,监听器代码,知道拦截了什么请求,这个类完成了怎样的工作。有的人就是因为缺少了这一步,自己写了一个action,配置文件也没有写错,但是却怎么调试也无法进入这个action,直到别人告诉他,请求被拦截了。

④ 接下来,看配置文件,首先一定是mvc相关的,如springmvc中,要请求哪些请求是静态资源,使用了哪些view策略,controller注解放在哪个包下等。然后是db相关配置文件,看使用了什么数据库,使用了什么orm框架,是否开启了二级缓存,使用哪种产品作为二级缓存,事务管理的处理,需要扫描的实体类放在什么位置。最后是spring核心的ioc功能相关的配置文件,知道接口与具体类的注入大致是怎样的。当然还有一些如apectj等的配置文件,也是在这个步骤中完成。

⑤ log相关文件,日志的各个级别是如何处理的,在哪些地方使用了log记录日志。

⑥ 从上面几点后知道了整个开源项目的整体框架,阅读每个方法就不再那么难了。

⑦ 当然如果有项目配套的开发文档也是要阅读的。

3、Java框架源码阅读

当然了,就是Spring、MyBatis这类框架。

在读Spring源码前,一定要先看看《J2EE Design and Development》这本书,它是Spring的设计思路。注意,不是中文版,中文版完全被糟蹋了。

想要阅读MyBatis的源码就要先了解它的一些概念,否则云里来雾里去的什么也不懂。有很多人会选择去买一些书籍来帮助阅读,当然这是可取的。那么如果不想的话,就可以去官网查看它的介绍(MyBatis网站:http://www.mybatis.org/mybatis-3/zh/getting-started.html),团长也是按照官网上面的介绍来进行源码阅读的。团长认为MyBatis的亮点就是管理SQL语句。

总结

没有人一开始就可以看得懂那些源码,我们都是从0开始的,而且没有什么捷径可寻,无非就是看我们谁愿意花时间去研究,谁的求知欲更强烈,谁更有耐心。阅读源码的过程中我们的能力肯定会提升,可以从中学到很多东西。在我们做项目的时候就会体现出来了,的确会比以前顺手很多。

本文作者及来源:Renderbus瑞云渲染农场https://www.renderbus.com

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