一、Java源文件的編譯、下載、解釋和執(zhí)行

1. 執(zhí)行java程序的步驟：

Java源文件（程序員編寫的*.java文件），使用javac編譯生成*.class文件（字節(jié)碼文件），然后使用java解釋執(zhí)行生成特定平臺(tái)的機(jī)器碼。

2.java解釋執(zhí)行過(guò)程分為代碼的裝入、代碼的校驗(yàn)、代碼的執(zhí)行

2.1 代碼的裝入：由類加載器（class loader）完成。

類加載器負(fù)責(zé)加載運(yùn)行一個(gè)程序所需要的所有代碼，包括繼承的類和被其調(diào)用的類。該類被放在自己的名字空間里，除了通過(guò)符號(hào)引用自己名字空間以外的類，類之間是沒(méi)有辦法可以相互影響。在本機(jī)上的所有類都在同一地址空間內(nèi)，所有從外部引進(jìn)來(lái)的類都有一個(gè)自己獨(dú)立的名字空間。這使得本地類可通過(guò)共享相同的名字空間而獲得較高的運(yùn)行效率，同時(shí)又保證它們與從外部引進(jìn)類不會(huì)相互影響。當(dāng)裝入了運(yùn)行程序需要的所有類后，解釋器便可確定整個(gè)可執(zhí)行程序的內(nèi)存布局。解釋器為符號(hào)引用而同特定的地址空間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系及查詢表。通過(guò)在這一階段確定代碼的內(nèi)存布局，Java很好地解決了由超類（父類）改變而使子類崩潰的問(wèn)題，同時(shí)也防止了代碼對(duì)地址的非法訪問(wèn)。

2.2 代碼的校驗(yàn)：校驗(yàn)器可發(fā)現(xiàn)操作數(shù)棧溢出，非法數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化等多種錯(cuò)誤。通過(guò)了校驗(yàn)后，代碼便可開始執(zhí)行了。

2.3 代碼的執(zhí)行：即時(shí)編譯、解釋執(zhí)行兩種方式

即時(shí)編譯：解釋器先將字節(jié)碼編譯成機(jī)器碼，然后再執(zhí)行該機(jī)器碼。解釋執(zhí)行：解釋器通過(guò)每次解釋并執(zhí)行一小段代碼來(lái)完成java字節(jié)碼的所有操作。由于JVM規(guī)格描述具有足夠的靈活性，這使得將字節(jié)碼翻譯為機(jī)器碼的工作具有較高的效率。對(duì)于運(yùn)行速度要求較高的應(yīng)用程序，解釋器可將java字節(jié)碼即時(shí)編譯為機(jī)器碼，從而保證了java代碼的可移植性和高性能。

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二、JVM規(guī)格描述

JVM定義了，控制Java代碼解釋執(zhí)行和具體實(shí)現(xiàn)的五種規(guī)格，它們是： JVM指令系統(tǒng)，JVM寄存器，JVM棧結(jié)構(gòu)，JVM碎片回收堆，JVM存儲(chǔ)區(qū)。
1. JVM指令系統(tǒng)：

Java指令，也是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼為8位的二進(jìn)制數(shù)，操作數(shù)據(jù)緊隨在操作碼后。Java指令系統(tǒng)包含了用于調(diào)用方法和監(jiān)視多線程系統(tǒng)的指令，由于長(zhǎng)度為8位，所以JVM最多有256種指令，目前已使用了160多種操作碼。

2.JVM寄存器：

寄存器是內(nèi)存的最頂端，也是系統(tǒng)獲取操作資料的最快途徑。它是中央處理器的組成部分，是存儲(chǔ)容量有限高速存儲(chǔ)部件。寄存器可用來(lái)暫存指令、數(shù)據(jù)和地址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序計(jì)數(shù)器(PC)。在中央處理器的算術(shù)及邏輯部件中，存器有累加器(ACC)。寄存器的基本單元是 D觸發(fā)器，按照其用途分為基本寄存器和移位寄存器。基本寄存器是由 D觸發(fā)器組成，在 CP 脈沖作用下，每個(gè) D觸發(fā)器能夠寄存一位二進(jìn)制碼。在 D=0 時(shí)，寄存器儲(chǔ)存為 0，在 D=1 時(shí)，寄存器儲(chǔ)存為 1。 寄存器的功能十分重要，CPU對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，往往先把數(shù)據(jù)取到內(nèi)部寄存器中，而后再作處理。外部寄存器是計(jì)算機(jī)中其它一些部件上用于暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它與CPU之間通過(guò)"端口"交換數(shù)據(jù)，外部寄存器具有寄存器和內(nèi)存儲(chǔ)器雙重特點(diǎn)。有些時(shí)候我們常把外部寄存器就稱為"端口"，這種說(shuō)法不太嚴(yán)格，但經(jīng)常這樣說(shuō)。外部寄存器雖然也用于存放數(shù)據(jù)，但是它保存的數(shù)據(jù)具有特殊的用途。某些寄存器中各個(gè)位的0、1狀態(tài)反映了外部設(shè)備的工作狀態(tài)或方式;還有一些寄存器中的各個(gè)位可對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制;也有一些端口作為CPU同外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通路。所以說(shuō)，端口是CPU和外設(shè)間的聯(lián)系橋梁。CPU對(duì)端口的訪問(wèn)也是依據(jù)端口的"編號(hào)"(地址)，這一點(diǎn)又和訪問(wèn)存儲(chǔ)器一樣。不過(guò)考慮到機(jī)器所聯(lián)接的外設(shè)數(shù)量并不多，所以在設(shè)計(jì)機(jī)器的時(shí)候僅安排了1024個(gè)端口地址，端口地址范圍為0--3FFH。

JVM只設(shè)置了4個(gè)最為常用的寄存器。它們是：

pc程序計(jì)數(shù)器, optop操作數(shù)棧頂指針 frame當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境指針 vars指向當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境中第一個(gè)局部變量的指針 所有寄存器均為32位。pc用于記錄程序的執(zhí)行。optop,frame和vars用于記錄指向Java棧區(qū)的指針。

3. JVM棧結(jié)構(gòu)

作為基于棧結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，Java棧是JVM存儲(chǔ)信息的主要方法。當(dāng)JVM得到一個(gè)java字節(jié)碼應(yīng)用程序后，便為該代碼中一個(gè)類的每一個(gè)方法創(chuàng)一個(gè)棧框架，用來(lái)保存該方法的狀態(tài)信息。每個(gè)棧框架包括以下三類信息：局部變量執(zhí)行環(huán)境操作數(shù)棧 局部變量：用于存儲(chǔ)一個(gè)類的方法中所用到的局部變量。Vars寄存器指向該變量表中的第一個(gè)局部變量。執(zhí)行環(huán)境：它是執(zhí)行一個(gè)方法的控制中心，用于保存解釋器對(duì)java字節(jié)碼進(jìn)行解釋過(guò)程中所需要的信息（它們是：上次調(diào)用的方法、局部變量指針、操作數(shù)棧的棧頂指針和棧底指針）。

4. JVM碎片回收堆

Java類的實(shí)例所需的存儲(chǔ)空間是在堆上分配的。解釋器承擔(dān)著為實(shí)例分配空間的工作。解釋器為一個(gè)實(shí)例分配完空間后，便開始記錄該實(shí)例對(duì)所占內(nèi)存的使用情況，一旦使用完畢，便將其回收到堆中。

5． JVM存儲(chǔ)區(qū)：常量緩沖池、方法區(qū)

常量緩沖池：用于存儲(chǔ)類名稱、方法、字段名及串常量。 方法區(qū)：用于存儲(chǔ)java方法的字節(jié)碼。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java源文件的编译、下载、解释和执行的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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