Java的運行原理

在Java中引入了虛擬機的概念，即在機器和編譯程序之間加入了一層抽象的虛擬的機器。這臺虛擬的機器在任何平臺上都提供給編譯程序一個的共同的接口。編譯程序只需要面向虛擬機，生成虛擬機能夠理解的代碼，然后由解釋器來將虛擬機代碼轉換為特定系統(tǒng)的機器碼執(zhí)行。在Java中，這種供虛擬機理解的代碼叫做字節(jié)碼(ByteCode)，它不面向任何特定的處理器，只面向虛擬機。每一種平臺的解釋器是不同的，但是實現(xiàn)的虛擬機是相同的。Java源程序經(jīng)過編譯器編譯后變成字節(jié)碼，字節(jié)碼由虛擬機解釋執(zhí)行，虛擬機將每一條要執(zhí)行的字節(jié)碼送給解釋器，解釋器將其翻譯成特定機器上的機器碼，然后在特定的機器上運行。

Java 虛擬機 (JVM)

Java虛擬機(JVM)是Java VirtualMachine的縮寫,它是一個虛構出來的計算機,是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能模擬來實現(xiàn)的。

java中，類加載器把一個類裝入JAVA虛擬機需要經(jīng)過三個步驟來完成：裝載、鏈接、初始化，其中鏈接又分來校驗、準備、解析過程

• 裝載：查找和導入.class文件
• 連接：檢查裝入.class文件的正確性，然后，java虛擬機為變量分配內(nèi)存，設置默認值
• 初始化：把符號引用變成直接引用。

public class Main {
    private static int size = 1;
    public static void main(String args[]) {
        User u = new User();
        u.setName("李文水");
        u.setPwd("159");
        String name = u.getName();
        String pwd = u.getPwd();
        System.out.println("姓名："+u.getName());
        u=null;
    }
}
class User {
    private String name;
    private String pwd;

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getPwd() {
        return pwd;
    }
    public void setPwd(String pwd) {
        this.pwd = pwd;
    }
}

Java虛擬機工作流程

1、裝載

描敘：Java虛擬機裝載指定的CLASS文件，

結果：形成這個CLASS類的實例對象

過程：java虛擬機使用類裝載器定位到相應的CLASS文件，然后讀取這個CLASS文件（一個線性二進制數(shù)據(jù)流），將它傳入java虛擬機中。緊接著虛擬機提取其中的類型信息。比如：該類的類名，方法名，變量名，修飾符，方法的返回類型等等。還有一個重要的東西就是常量池。（常量池保存了該類型的所有常量，包括直接常量和對其他類型，字段，方法的符號引用）將這些信息保存在一個叫做方法區(qū)的地方。最終形成CLASS類的實例，這個實例存放在內(nèi)存的堆區(qū)。它成為了java程序與內(nèi)部數(shù)據(jù)結構之間的接口，程序要訪問該類型的信息，程序就調(diào)用該類型對應的CLASS實例對象的方法。簡而言之：這個過程就是把一個類型的二進制數(shù)據(jù)解析為方法區(qū)中的內(nèi)部數(shù)據(jù)結構，并在堆上建立一個CLASS對象的過程。

示例：裝載Main類

Java虛擬機讀取Main類的CLASS文件，生產(chǎn)對應的java.lang.Class類的實例，讀取其中的類型信息，比如修飾符private，public，static，另外變量size，name，pwd，User（User即為一個引用）共同構成了這個類的常量池。將這些信息保存在方法區(qū)，

2、連接

描述：驗證，準備，解析（可選）

結果：這個類型是正確的。（這里不知道該怎么描述）

過程：

1)驗證：確定類型符合java語言的語義，比如：final類不能有子類，final方法不能被覆蓋，確保在類型和超類型之間沒有不兼容的方法聲明（比如兩個方法擁有同樣的名字，參數(shù)完全相同，但返回類型不同）。

2)準備：java虛擬機為類變量分配內(nèi)存，設置默認值

3)解析：在類型的常量池中尋找類，接口，字段和方法的符合引用把這些符號引用替換成直接引用的過程。

示例： 連接Main類

Java虛擬機為size分配內(nèi)存，并賦默認值0.找到常量池中User類的引用，如果User類還沒有被裝載，則裝載并且連接該類，然后將常量池中對User類的引用替換為直接引用。在此時User類并不會被初始化，因為還沒有用它。

3、初始化

描述：初始化一些靜態(tài)變量

結果：這個類型可以使用了

過程：可能會調(diào)用()方法，（這個方法只能夠由java虛擬機調(diào)用）來初始化該類的靜態(tài)變量。在調(diào)用這個方法前，必須確認該類的超類的()方法已經(jīng)被調(diào)用。

示例：初始化Main類

Java虛擬機將Main類的靜態(tài)變量賦值為1.

4、執(zhí)行

• User u = new User();（存放在內(nèi)存的堆區(qū)）

創(chuàng)建了一個User類實例，實際上是通過這個類的CLASS實例實例化的。方法如下：User u=(User)Class.forName("User").newInstance();
為了方便，用C代替Class.forName("User")

• u.setName("李文水"); u.setPwd("159");

調(diào)用該類的方法，為該類的變量賦值，Java虛擬機內(nèi)部調(diào)用是這樣的，通過方法區(qū)找到該方法，利用CLASS實例的如下方法調(diào)用：
c.getMethod("setName").invoke(u,"李文水");

• String name = u.getName()； String pwd = u.getPwd();

與第二步類似，不同的是將取得的值分別賦給了變量name和pwd。關鍵是這個值保存在哪里？和實例對象一樣，存放在堆區(qū)。這個時候我應該可以看出CLASS實例的作用了，它就是起個中間作用，將程序中的調(diào)用反應到堆區(qū)上數(shù)據(jù)的變化。

• u = null;

這個步驟寫出來的目的是了解一下Java虛擬機垃圾回收機制。（沒有什么實際意義）