java方法执行流程解析

Java程序运行时,必须经过编译和运行两个步骤。首先将后缀名为.java的源文件进行编译,最终生成后缀名为.class的字节码文件。然后Java虚拟机将编译好的字节码文件加载到内存(这个过程被称为类加载,是由加载器完成的),然后虚拟机针对加载到内存的java类进行解释执行,显示结果。

Java的运行原理

在Java中引入了虚拟机的概念,即在机器和编译程序之间加入了一层抽象的虚拟的机器。这台虚拟的机器在任何平台上都提供给编译程序一个的共同的接口。编译程序只需要面向虚拟机,生成虚拟机能够理解的代码,然后由解释器来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中,这种供虚拟机理解的代码叫做字节码(ByteCode),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。每一种平台的解释器是不同的,但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后变成字节码,字节码由虚拟机解释执行,虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器,解释器将其翻译成特定机器上的机器码,然后在特定的机器上运行。

Java代码编译和执行的整个过程

Java代码编译是由Java源码编译器来完成,流程图如下所示:

java程序的执行过程详解

Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成,流程图如下所示:

java程序的执行过程详解

Java代码编译和执行的整个过程包含了以下三个重要的机制:

Java源码编译机制

类加载机制

类执行机制

Java源码编译机制

Java 源码编译由以下三个过程组成:(javac –verbose 输出有关编译器正在执行的操作的消息)

分析和输入到符号表

注解处理

语义分析和生成class文件

java程序的执行过程详解

最后生成的class文件由以下部分组成:

1、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

2、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

3、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

类加载机制

JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的,类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述:

java程序的执行过程详解

1)Bootstrap ClassLoader /启动类加载器

$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class,由C++实现,不是ClassLoader子类

2)Extension ClassLoader/扩展类加载器

负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

3)App ClassLoader/ 系统类加载器

负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

4)Custom ClassLoader/用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader的子类)

属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader,如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader

加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。

类加载双亲委派机制介绍和分析

在这里,需要着重说明的是,JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲,就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父类加载器,依次递归,如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。

类执行机制

JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后,都会产生程序计数器(PC)和栈(Stack),程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量,栈中存放一个个栈帧,每个栈帧对应着每个方法的每次调用,而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成,局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数,操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。

 

 

public static void main(String[] args){

Student s = new Student(23,“dqrcsc”,“20150723”);//执行完毕

s.study(5,6);

Student.getCnt();

s.run();

}

执行过程如下

1、为main方法创建栈帧:

java程序的执行过程详解

局部变量表长度为2,slot0存放参数args,slot1存放局部变量Student s,操作数栈最大深度为5。

2、new#7指令,在java堆中创建一个Student对象,并将其引用值放入栈顶。

java程序的执行过程详解

3、初始化一个对象(通过实例构造的方式)

up指令:复制栈顶的值,然后将复制的结果入栈。

bipush 23:将单字节常量值23入栈。

ldc #8:将#8这个常量池中的常量即”dqrcsc”取出,并入栈。

ldc #9:将#9这个常量池中的常量即”20150723”取出,并入栈。

java程序的执行过程详解

4、invokespecial #10:调用#10这个常量所代表的方法,即Student.()这个方法,这步是为了初始化对象s的各项值

《init》()方法,是编译器将调用父类的《init》()的语句、构造代码块、实例字段赋值语句,以及自己编写的构造方法中的语句整合在一起生成的一个方法。保证调用父类的《init》()方法在最开头,自己编写的构造方法语句在最后,而构造代码块及实例字段赋值语句按出现的顺序按序整合到《init》()方法中。

java程序的执行过程详解

注意到Student.《init》()方法的最大操作数栈深度为3,局部变量表大小为4。

此时需注意:从dup到ldc #9这四条指令向栈中添加了4个数据,而Student.()方法刚好也需要4个参数:

public Student(int age, String name, String sid){

super(age,name);

this.sid = sid;

}

虽然定义中只显式地定义了传入3个参数,而实际上会隐含传入一个当前对象的引用作为第一个参数,所以四个参数依次为this,age,name,sid。

上面的4条指令刚好把这四个参数的值依次入栈,进行参数传递,然后调用了Student.《init》()方法,会创建该方法的栈帧,并入栈。栈帧中的局部变量表的第0到4个slot分别保存着入栈的那四个参数值。

创建Studet.《init》()方法的栈帧:

java程序的执行过程详解

Student.《init》()方法中的字节码指令:

java程序的执行过程详解

aload_0:将局部变量表slot0处的引用值入栈

aload_1:将局部变量表slot1处的int值入栈

aload_2:将局部变量表slot2处的引用值入栈

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invokespecial #1:调用Person.()方法,同调用Student.过程类似,创建栈帧,将三个参数的值存放到局部变量表等,这里就不画图了……

从Person.()返回之后,用于传参的栈顶的3个值被回收了。

aload_0:将slot0处的引用值入栈。

aload_3:将slot3处的引用值入栈。

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putfield #2:将当前栈顶的值”20150723”赋值给0x2222所引用对象的sid字段,然后栈中的两个值出栈。

return:返回调用方即main()方法,当前方法栈帧出栈。

重新回到main()方法中,继续执行下面的字节码指令:

astore_1:将当前栈顶引用类型的值赋值给slot1处的局部变量,然后出栈。

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5、到这儿为止,第一行代码执行完毕,将s返回给局部变量表,执行下边的

aload_1:slot1处的引用类型的值入栈

iconst_5:将常数5入栈,int型常数只有0-5有对应的iconst_x指令

bipush 6:将常数6入栈

java程序的执行过程详解

6、开始执行第二行代码,也就是strudy方法

invokevirtual #11:调用虚方法study(),这个方法是重写的接口中的方法,需要动态分派,所以使用了invokevirtual指令。

创建study()方法的栈帧:

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最大栈深度3,局部变量表5

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方法的java源码:

这里写代码片public int study(int a, int b){

int c = 10;

int d = 20;

return a+b*c-d;

}123456789

java程序的执行过程详解

bipush 10:将10入栈

istore_3:将栈顶的10赋值给slot3处的int局部变量,即c,出栈。

bipush 20:将20入栈

istore 4:将栈顶的20付给slot4处的int局部变量,即d,出栈。

上面4条指令,完成对c和d的赋值工作。

iload_1、iload_2、iload_3这三条指令将slot1、slot2、slot3这三个局部变量入栈:

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imul:将栈顶的两个值出栈,相乘的结果入栈:

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iadd:将当前栈顶的两个值出栈,相加的结果入栈

iload 4:将slot4处的int型的局部变量入

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isub:将栈顶两个值出栈,相减结果入栈:

ireturn:将当前栈顶的值返回到调用方。

java程序的执行过程详解

7、到这儿为止,第二行代码执行完毕,返回值返回给s,执行下边的

public static void main(String[] args){

Student s = new Student(23,“dqrcsc”,“20150723”);//执行完毕

s.study(5,6);

Student.getCnt();

s.run();

}1234567891011

invokestatic #12 调用静态方法getCnt()不需要传任何参数

pop:getCnt()方法有返回值,将其出栈

aload_1:将slot1处的引用值入栈

invokevirtual #13:调用0x2222对象的run()方法,重写自父类的方法,需要动态分派,所以使用invokevirtual指令

return:main()返回,程序运行结束。

posted @ 2019-09-12 16:36  朱子威  阅读(5940)  评论(3编辑  收藏  举报