JAVA代码的执行机制

?? 1.java源码编译机制

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?? jvm规范中定义了class文件的格式，但并未定义Java源码如何编译为class文件，在Sun JDK中就是javac编译器，可分为下面三个步骤：

?? 1.分析和输入到符号表（Parse and Enter）

??????Parse??过程所做的是词法和语法分析

????? Enter??过程是将符号输入到符号表???

???2.注解处理（Annotation Processing）

????? 该步骤主要用于处理用户自定义的annotation,可能带来的好处是基于annotation来生成附加的代码，如：

?? public class User{ private @Getter String username; }

????? 编译时引入Lombok对User.java进行编译后，再通过javap查看class文件可看到自动生成了public String getUsername()方法

??3.语义分析和生成class文件（Analyse and Generate）

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? class 文件中并不仅仅存放了字节码，还存放了很多辅助jvm来执行class文件的附加信息，一个class文件包含了以下信息：

? 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? 元数据：可以认为元数据就是java源码中“声明”与“常量”信息? 方法信息：可以说就是java源码中“语句”和“表达式”对应的信息

? class文件是个完整的自描述文件，字节码在其中只占了很小的部分，源码编译为class文件后，即可放入jvm中执行，执行时jvm首先要做的是装载class文件，这个就是类加载机制

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2.类加载机制

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?? jvm将类加载过程划分为三个步骤：

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??1.装载（Load） 装载过程负责找到二进制字节码并加载到jvm中，jvm通过类的全限定义名（com.bluedavy.HelloWord）及类加载器（ClassLoaderA 实例）完成类的加载，同样，也采用以上两个素来标识一个被加载了的类：类的全限定名+ClassLoader 实例ID,类名的命名方式如下：

??? 对于接口式非数组型的类，其名称即为类名，此种类型的类由所在的ClassLoader负责加载：数组型类中的元素类型由所在的ClassLoader负责加载，但数组类则由JVM直接创建。

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? 2.链接（Link） 链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量及解析类中调用的接口、类。

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? 3.初始化（Initialize）初始化过程即即执行类中的静态初始化代码、构造器代码及静态属性的初始化，在下面的四种情况下初始化过程会被触发执行：

? 调用了new? 反射调用了类中的方法? 子类调用了初始化? JVM启动过程中指定的初始化类

??JVM的类加载通过ClassLoader及其子类来完成，分为Bootstrap ClassLoader、Extensin ClassLoader、System ClassLoader(在Sun JDK中对应的类名为AppClassLoader)及?User-Defined ClassLoader,其关系如下图：

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1.Bootstrap ClassLoader? Sun JDK 采用C++实现了此类，此类并非ClassLoader的子类，在代码中没有办法拿到这个对象，Sun? JDK 启动时会初始化此ClassLoader,并由ClassLoader完成$JAVA_HOME 中jre/lib/rt.jar里所有class文件的加载;

2.Extension ClassLoader JVM用此ClassLoader来加载扩展功能的一些jar包，例如JDK中dns工具jar包等，对应的类名为ExtClassLoader;

3.System ClassLoader JVM 用此ClassLoader来加载启动参数中指定的Classpath中的jar包及目录，在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为AppClassLoader;

4.User-Defined ClassLoader 这是开发人员继承ClassLoader抽象类自行实现的ClassLoader,可以用加载非Classpath中的jar及目录、还可以在加载之前对class文件做一些动作，例如解密等;

JVM会保证同一个ClassLoader实例对象中只能加载一次同样名称的Class

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Cloader抽象类提供了几个关键的方法

loadClass? 此方法负责加载指定名字的类，ClassLoader的实现方法为先从已经加载的类中寻找，如没有，则继续从 parent ClassLoader中寻找；如果仍然没有找到，则从System ClassLoader中寻找，最后再调用findClass方法来寻找；如果最终没有找到就抛出ClassNotFoundException; findLoaderClass 方法负责从当前ClassLoader实例对象的缓存中寻找已加载的类，调用的为native的方法; findClass 此方法直接抛出ClassNotFoundException,因此要通过覆盖loadClass或此方法来以自定义的方式加载相应的类; findSystemClass 此负责从System ClassLoader 中寻找，如未找到，则继续从Bootstrap ClassLoader 中寻找，如果仍然未找到，则返回null; defineClass 此方法负责将二进制的字节码转换成Class对象，如果二进制的字节码的格式不符合JVM Class文件的格式，则抛出ClassFormatError;如果生成的类名和二进制字节码中的不同，则抛出NoClassDefFoundError;如果加载的class是受保护的、采用不同签名的或者类名是以java.开头的，则抛出SecurityException；如果加载的class在此ClassLoader中已加载，则抛出LinkageError; resolveClass 此方法负责完成Class对象的链接，如果链接过，则会直接返回;

3.类的执行机制

???在源码编译阶段源码编译为JVM字节码，JVM字节码是一种中间代码的方式，要由JVM在运行期对其进行解释并执行，这种方式称为字节码解释执行方式；

?? 1.字节码解释执行

????? JVM采用了invokestatic,invokevirtual,invokeinterface和invokespecial四个指令来执行不同的方法调用。

????? invokestatic对应的是调用static方法，invokevirtual对应的是调用对象实例的方法，invokeinterface对应的是调用接口的方法，invokespecial对应的是调用private方法和编译源码后生成的<init>方法；

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????? Sun JDK基于栈的体系结构来执行字节码，基于栈方式的好处为代码紧凑，体积小，线程在创建后，都会产生程序计数器（pc）(或称为PC registers)和栈（Stack）;PC存放了下一条要执行的指令在方法内的偏移量；栈中存放了栈帧（StackFrame），每个方法每次调用都会产生栈帧。栈帧主要分为局部变量区和操作数栈两部分，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，栈帧中还会有一些杂用空间，例如指向方法已解析的常量池的引用、其他一些JVM内部实现需要的数据等；

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?? 2.编译执行

???? 解释执行的效率较低，Sun JDK在执行过程中对执行频率高的代码进行编译，对执行不频繁的代码则继续采用解释的方式；在编译上Sun JDK提供了两种模式：client compiler(-client)和server compiler(-server)。

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???? client compiler又称为C1，较为轻量级，只做少量性能开销比高的优化，它占用内存较少，适合于桌面交互式应用，其他方面的优化主要有：

方法内联 这种方法把调用到的方法的指令直接植入当前方法中，如下代码：

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Point  point = new Point(1,2);//do something

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Sun JDK之所以未选择在启动时即编译成机器码，有下面几个原因：

静态编译并不能根据程序的运行状况来优化执行的代码解释执行比编译执行更节省内存启动解释执行的启动速度比编译再启动更快

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