Java程序运行原理
正文
（一）class文件内容
class文件包含Java程序执行的字节码，文件开头有一个0xcafebabe（16进制，咖啡宝贝）的特殊标志。Java程序（class文件）并不是本地的可执行程序，当运行Java程序时，首先运行JVM（Java虚拟机），然后再把Java class加载到JVM里头运行，负责加载Java class的这部分就叫做Class Loader。
任何一个class文件都对应唯一一个类或接口的定义信息，但是不是所有的类或接口都得定义在文件中（它们也可以通过类加载器直接生成)。
（二）JVM运行时数据区
线程共享部分
所有线程都能访问这块内存区域，随虚拟机或GC而创建和销毁
- 方法区
方法区：JVM用来存储加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码等数据。虚拟机规范中这是一个逻辑区划，具体实现根据不同虚拟机来实现。如：oracle的HotSpot，在Java 7中方法区放在永久代，Java 8放在元数据空间，并且通过GC机制对这个区域进行管理。 - 堆内存
堆内存可以细分为：老年代、新生代（Eden、From Survivor、To Survivor）
JVM启动时创建，存放对象的实例。垃圾回收器主要就是管理堆内存。如果满了，就会出现OutOfMemoryError。
线程独占部分
每个线程都会有它独立的空间，随线程生命周期而创建和销毁
3. 虚拟机栈
每个线程都在这个空间有一个私有的空间。线程栈由多个栈帧组成，一个线程会执行一个或多个方法，一个方法对应一个栈帧。
栈帧内容包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等。栈内存默认最大是1M，超出则抛出StackOverflowError。
4. 本地方法栈
和虚拟机栈功能类似，虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法而准备的，本地方法栈是为虚拟机使用native本地方法而准备的。
虚拟机规范没有规定具体的实现，由不同的虚拟机厂商去实现。HotSpot虚拟机中虚拟机栈和本地方法栈的实现是一样的，同样，超出大小后也会抛出StackOverflowError。
5. 程序计数器
程序计数器记录当前线程执行字节码的位置，存储的是字节码指令地址，如果执行native方法，则计数器值为空。每个线程都在此有一个私有空间，占用内存空间很少。
CPU同一时间只会执行一条线程中的指令。多线程会轮流切换并分配CPU执行时间，线程切换后，需要通过程序计数器来恢复正确的执行位置。
(三)执行过程分析
public class Demo1{
public static void main(String[] args) {
int x = 500;
int y = 100;
int a = x/y;
int b = 50;
System.out.println(a+b);
}
}
将上述Java文件解析为指令文件：
javac Demo1.java
javap -v Demo1.class > Demo1.txt
查看指令文件分析运行过程：
Classfile /Users/blueberry/study/Demo1.class
Last modified 2019-9-28; size 414 bytes
MD5 checksum ae6fa820973681b35609c75631cb255b
Compiled from "Demo1.java"
public class Demo1
minor version: 0
major version: 52 //主版本号，jdk 5,6,7,8分别对应 49,50,51,52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //访问标志
Constant pool: //常量池，类信息包含的静态常量，区别于String的常量池
#1 = Methodref #5.#14 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #15.#16 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#3 = Methodref #17.#18 // java/io/PrintStream.println:(I)V
#4 = Class #19 // Demo1
#5 = Class #20 // java/lang/Object
#6 = Utf8 <init>
#7 = Utf8 ()V
#8 = Utf8 Code
#9 = Utf8 LineNumberTable
#10 = Utf8 main
#11 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#12 = Utf8 SourceFile
#13 = Utf8 Demo1.java
#14 = NameAndType #6:#7 // "<init>":()V
#15 = Class #21 // java/lang/System
#16 = NameAndType #22:#23 // out:Ljava/io/PrintStream;
#17 = Class #24 // java/io/PrintStream
#18 = NameAndType #25:#26 // println:(I)V
#19 = Utf8 Demo1
#20 = Utf8 java/lang/Object
#21 = Utf8 java/lang/System
#22 = Utf8 out
#23 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#24 = Utf8 java/io/PrintStream
#25 = Utf8 println
#26 = Utf8 (I)V
{
public Demo1(); //隐式构造函数
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 1: 0
public static void main(java.lang.String[]); //main函数
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=3, locals=5, args_size=1
0: sipush 500 //将500压入操作数栈，程序计数器执行位置：0
3: istore_1 //将操作数栈顶挪到本地变量表位置1
4: bipush 100 //将100压入操作数栈
6: istore_2 //将操作数栈顶挪到本地变量表位置2
7: iload_1 //读取本地变量1压入操作数栈
8: iload_2 //读取本地变量2压入操作数栈
9: idiv //相除，结果为5，入操作数栈
10: istore_3 //将操作数栈顶挪到本地变量表位置3
11: bipush 50 //将50压入操作数栈
13: istore 4 //将操作数栈顶挪到本地变量表位置4
15: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; //获取方法的定义
18: iload_3 //读取本地变量3压入操作数栈
19: iload 4 //读取本地变量4压入操作数栈
21: iadd //相加，结果为55，入操作数栈
22: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V //执行新方法（其他栈帧），完成后再执行main方法栈帧
25: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4: 4
line 5: 7
line 6: 11
line 7: 15
line 8: 25
}
SourceFile: "Demo1.java"
浙公网安备 33010602011771号