Java 代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程

Java 代碼編譯是由 Java 源碼編譯器來(lái)完成，流程圖如下所示：

Java 字節(jié)碼的執(zhí)行是由 JVM 執(zhí)行引擎來(lái)完成，流程圖如下所示：

Java 代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程包含了以下三個(gè)重要的機(jī)制：

• Java 源碼編譯機(jī)制
• 類(lèi)加載機(jī)制
• 類(lèi)執(zhí)行機(jī)制

Java 源碼編譯機(jī)制

Java 源碼編譯由以下三個(gè)過(guò)程組成：

• 分析和輸入到符號(hào)表
• 注解處理
• 語(yǔ)義分析和生成 class 文件

流程圖如下所示：

最后生成的 class 文件由以下部分組成：

• 結(jié)構(gòu)信息。包括 class 文件格式版本號(hào)及各部分的數(shù)量與大小的信息。
• 元數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于 Java 源碼中聲明與常量的信息。包含類(lèi)/繼承的超類(lèi)/實(shí)現(xiàn)的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池。
• 方法信息。對(duì)應(yīng) Java 源碼中語(yǔ)句和表達(dá)式對(duì)應(yīng)的信息。包含字節(jié)碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區(qū)大小、求值棧的類(lèi)型記錄、調(diào)試符號(hào)信息。

類(lèi)加載機(jī)制

JVM 的類(lèi)加載是通過(guò) ClassLoader 及其子類(lèi)來(lái)完成的，類(lèi)的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來(lái)描述：

1）Bootstrap ClassLoader

負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的 class，由 C++ 實(shí)現(xiàn)，不是 ClassLoader 子類(lèi)。

2）Extension ClassLoader

負(fù)責(zé)加載Java平臺(tái)中擴(kuò)展功能的一些 jar 包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的 jar 包。

3）App ClassLoader

負(fù)責(zé)記載 classpath 中指定的 jar 包及目錄中 class。

4）Custom ClassLoader

屬于應(yīng)用程序根據(jù)自身需要自定義的 ClassLoader，如 Tomcat、jboss 都會(huì)根據(jù) J2EE 規(guī)范自行實(shí)現(xiàn) ClassLoader。

加載過(guò)程中會(huì)先檢查類(lèi)是否被已加載，檢查順序是自底向上，從 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐層檢查，只要某個(gè) Classloader 已加載就視為已加載此類(lèi)，保證此類(lèi)只所有 ClassLoade r加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來(lái)逐層嘗試加載此類(lèi)。

類(lèi)執(zhí)行機(jī)制

JVM 是基于棧的體系結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行 class 字節(jié)碼的。線(xiàn)程創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生程序計(jì)數(shù)器（PC）和棧（Stack），程序計(jì)數(shù)器存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中存放一個(gè)個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)著每個(gè)方法的每次調(diào)用，而棧幀又是有局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分組成，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的中間結(jié)果。棧的結(jié)構(gòu)如下圖所示：