编译期与运行时：Java程序的两个核心生命周期阶段

编译期和运行时是Java程序从编写完成到实际执行的两个先后衔接、核心职责完全不同的生命周期阶段，也是理解JVM、运行时常量池、类加载机制的基础——二者的核心分界是代码是否被转换为JVM可识别的字节码、是否在JVM内存中实际执行，且与之前讲解的运行时常量池强关联（编译期生成其数据源，运行时初始化并使用它）。

下面分别清晰界定两个阶段，再通过对比明确核心差异，全程结合Java实际执行链路，保证易懂且衔接之前的知识。

一、编译期：源代码→字节码的“转换与检查阶段”

核心定义

编译期是指将开发者编写的Java源代码（.java文件），通过编译器转换为JVM能识别的字节码文件（.class文件） 的过程，是静态阶段（无内存运行、无动态逻辑执行，仅做代码检查和格式转换）。
Java的编译是前端编译（区别于JVM运行时的JIT即时编译），核心执行者是JDK自带的javac编译器（而非JVM），无需启动JVM即可完成。

核心目标

1. 检查Java源代码的语法合法性（如少分号、变量未定义、方法调用参数不匹配等），语法错误则直接编译失败，不会生成.class文件；
2. 将符合语法规范的源代码，转换为跨平台的Java字节码（二进制指令，JVM的“通用执行语言”）；
3. 生成Class文件常量池（运行时常量池的原始数据源），将源代码中的字面量（如"jvm"、100）、符号引用（如类名、方法名、字段名）存入其中。

核心工作内容

1. 词法/语法分析：将源代码拆分为关键字、标识符、字面量等语法单元，检查是否符合Java语法规范；
2. 语义分析：检查代码的逻辑合理性（如局部变量未赋值就使用、类型转换不合法等）；
3. 生成字节码：将合法的语法单元转换为JVM可执行的字节码指令（如ldc取常量、invokevirtual调用实例方法）；
4. 构建Class文件结构：将字节码、Class文件常量池、类的元信息（访问修饰符、父类/接口、字段/方法定义）等，按固定格式打包为.class文件。

实操示例

在命令行中执行编译命令，就是典型的触发编译期流程：

# 编译HelloWorld.java源代码，生成HelloWorld.class字节码文件
javac HelloWorld.java

执行后若源代码无语法错误，会在同级目录生成.class文件——这就是编译期的最终产物，也是运行时的唯一输入。

二、运行时：字节码→机器码的“实际执行与管理阶段”

核心定义

运行时是指启动JVM，加载编译期生成的.class文件，将字节码转换为CPU能执行的机器码，并实际执行业务逻辑的过程，是动态阶段（全程在JVM内存中进行，涉及内存分配、动态解析、逻辑执行、垃圾回收等动态操作）。
核心执行者是JVM（包含类加载器、运行时常量池、执行引擎、垃圾收集器等核心组件），无JVM则无法进入运行时。

核心目标

1. 将.class文件加载至JVM内存，完成类的初始化和运行时常量池的创建；
2. 将字节码转换为CPU可直接执行的机器码（通过JVM执行引擎的解释执行或JIT即时编译）；
3. 实际执行Java程序的业务逻辑，处理动态运行时逻辑（如对象创建、方法调用、String.intern()动态扩展常量池）；
4. 管理JVM内存（分配内存、回收无用对象、处理GC），保证程序稳定运行。

核心工作内容（与运行时常量池强关联）

1. 类加载：类加载器通过双亲委派模型加载.class文件，验证其合法性后，在元空间/方法区初始化运行时常量池，并将Class文件常量池的内容加载至其中；
2. 符号引用解析：JVM采用懒解析，在首次使用符号引用时，将其转换为直接引用（内存地址），缓存至运行时常量池；
3. 字节码执行：JVM执行引擎通过“解释器”逐行解释字节码，或通过“JIT编译器”将热点代码（频繁执行的代码）编译为机器码，提升执行效率；
4. 动态扩展与复用：运行时可通过String.intern()、Lambda表达式等动态扩展运行时常量池，同时通过共享复用机制减少内存冗余；
5. 内存管理：垃圾收集器（GC）回收堆、元空间中的无用对象和内存，避免内存溢出；
6. 处理运行时异常：捕获并抛出程序执行过程中的动态异常（如空指针、数组越界、OOM）。

实操示例

在命令行中执行字节码文件，就是典型的触发运行时流程：

# 启动JVM，加载并执行HelloWorld.class字节码文件
java HelloWorld

执行后JVM会完成类加载、运行时常量池初始化、字节码执行等一系列操作，最终输出程序结果——全程依赖JVM内存，且包含动态执行逻辑。

三、编译期与运行时的核心区别（附对比表）

为了更清晰区分，以下从阶段定位、执行者、核心产物、与JVM/内存的关系等关键维度做对比，同时标注与运行时常量池的关联（核心考点）：

对比维度	编译期	运行时
阶段定位	源代码→字节码的静态转换/检查阶段	字节码→机器码的动态执行/管理阶段
核心执行者	JDK的javac编译器（独立于JVM）	JVM（类加载器、执行引擎、GC等组件）
输入/输出	输入：.java源代码；输出：.class字节码文件	输入：.class字节码文件；输出：程序执行结果（如控制台打印、数据持久化）
核心产物	Class文件、Class文件常量池（运行时常量池数据源）	运行时常量池、对象实例、机器码（JIT编译）
关键操作	语法检查、语义分析、生成字节码	类加载、常量池初始化、符号引用解析、字节码执行、GC、动态扩展常量池
是否依赖JVM	不依赖（无需启动JVM即可完成）	强依赖（无JVM则无法执行）
是否涉及内存运行	无（仅做文件格式转换，不占用JVM内存）	全程涉及（占用JVM堆、元空间、虚拟机栈等内存区域）
错误类型	编译错误（如语法错误、符号未定义）	运行时错误（如空指针、OOM、NoSuchMethodError）
与运行时常量池的关联	生成原始数据源（Class文件常量池）	初始化、解析、使用、动态扩展运行时常量池

四、通俗类比+核心关系总结

通俗类比（快速理解）

把Java程序比作一场音乐会：

• 编译期：作曲家（开发者）写好乐谱草稿（.java源代码），经专业编辑（javac编译器）检查格式、修正错误，最终整理为规范的乐谱（.class字节码文件），同时在乐谱中标注出所有固定旋律（字面量）、乐器名称（符号引用）——仅做整理，不演奏；
• 运行时：乐团指挥+乐手（JVM）拿到规范乐谱（.class），先熟悉乐谱并标注乐器的实际演奏位置（符号引用→直接引用），再按照乐谱实际演奏（执行字节码），演奏过程中可根据现场情况临时加奏（动态扩展常量池），同时乐手之间配合、管理乐器（JVM内存管理、GC）——核心是实际演奏，动态调整。

核心关系

1. 先后衔接，缺一不可：必须先完成编译期（生成合法的.class文件），才能进入运行时；若编译期失败（语法错误），则运行时无从谈起；
2. 静态与动态的分界：编译期是“静态阶段”，仅做代码检查和格式转换，无任何动态逻辑执行；运行时是“动态阶段”，全程在JVM中执行，涉及内存分配、动态解析、异常处理等所有动态操作；
3. 产物与消费的关系：编译期的产物（.class文件、Class文件常量池）是运行时的唯一输入，运行时的所有操作均基于编译期的结果展开；
4. 共同支撑Java跨平台：编译期生成跨平台的字节码（一次编译），运行时由不同系统的JVM将字节码转换为本地机器码（多次运行），二者配合实现Java“一次编写，到处运行”的核心特性。

五、关键补充（关联之前的JVM知识）

1. 之前讲解的运行时常量池，其生命周期完全属于运行时——编译期仅为其生成原始数据源（Class文件常量池），真正的初始化、解析、使用、动态扩展均在JVM运行时完成；
2. JVM中的JIT即时编译（将热点字节码编译为机器码）属于运行时，而非编译期——注意与javac的前端编译区分；
3. 常见的String s = "jvm"中，字面量"jvm"在编译期被存入Class文件常量池，在运行时被加载至运行时常量池并实现共享复用；而new String("jvm")在运行时才会在堆中创建对象。