不要再问我Java程序是怎么执行的了！

青旅半醒 2021-11-06 02:06 352阅读 0赞

## 什么是Java虚拟机？ ##

要弄明白Java程序的执行过程首先要了解一下Java虚拟机。

虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。

Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

Java虚拟机（Java Virtual Machine简称JVM）是运行所有Java程序的抽象计算机，是Java语言的运行环境，它是Java 最具吸引力的特性之一。

可以看到，Java虚拟机是在原有计算机的基础上虚拟出来的抽象计算机，提供Java程序的运行环境。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM是Java平台无关的基础，使Java程序能够做到 “Write Once, Run Anywhere”。

## Java程序执行过程 ##

### 图解执行过程 ###

那有了Java程序的运行环境等一些列支持后，Java程序是如何做到从一个只有代码的.java源文件变成计算机可执行的文件的呢？

如下图，是Java程序的执行过程。

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大致过程就是，我们写好的.java文件（源文件）被编译器编译后变成.class文件（**字节码**），然后被JVM的类加载器加载到内存，通过字节码校验器去做一些校验，校验通过后交由**解释器**将字节码文件解释成计算机能够识别的机器指令。

**名词解释：**

**字节码：**字节码是已经经过编译，但与特定机器码无关，需要解释器转译后才能成为机器码的中间代码。

**Java字节码：**是Java虚拟机执行的一种指令格式。

**解释器：**是一种电脑程序，能够把高级编程语言一行一行直接翻译运行。解释器不会一次把整个程序翻译出来，只像一位“中间人”，每次运行程序时都要先转成另一种语言再作运行，因此解释器的程序运行速度比较缓慢。它每翻译一行程序叙述就立刻运行，然后再翻译下一行，再运行，如此不停地进行下去。它会先将源码翻译成另一种语言，以供多次运行而无需再经编译。其制成品无需依赖编译器而运行，程序运行速度比较快

### 具体执行过程 ###

通过上图我们知道Java程序的执行会经过一下几个步骤：编译-->装载字节码-->校验字节码-->解释字节码-->执行，然后我们看一下这几个步骤具体执行过程，以及Java程序的执行过程对应到我们的实际操作：

**1、编译**

在windows环境中，打开命令窗口，切换到java文件的目录，使用 `javac `命令，执行 `javac xxx.java `把.java文件编译成.class文件

**2、装载字节码**

编译好的.class文件交给 JVM 执行，即使用`java`命令，执行`java xxx`（.class文件的名称，不带后缀）。`java`命令将会启动 JVM，并将后面的参数作为初始化类，通过 JVM 内的类加载器将字节码文件装载到内存中。

**3、校验字节码**

类的加载是通过类加载器进行的，加载完后，先由字节码校验器负责检查那些无法执行的明显有破坏性的操作。除了系统类之外，其他类都要被校验。

校验器执行的一些检查：

*  变量要在使用前初始化
 *  方法调用与对象引用类型之间要匹配
 *  访问私有数据和方法的规则没有被违反
 *  对本地变量的访问都在运行的堆栈内
 *  运行时堆栈没有溢出

如果这些检查没有通过，类最终不会被加载完成。

**4、解释字节码**

JVM 把每一条要执行的字节码交给解释器，翻译成对应的**机器语言**，最终由操作系统执行。

JVM 解释执行字节码文件就是 JVM 操作 Java 解释器进行解释执行字节码文件的过程。

> **维基百科**  
> **机器语言：**机器语言（machine language）是一种指令集的体系。这种指令集称为机器代码（machine code），是计算机的CPU可直接解读的数据。

## 结语 ##

实际上 JVM 执行字节码文件远比这复杂，其中还包括即时编译器、指令重排等优化。这里只是对 Java 程序的执行过程做一个大致的介绍，让 Java 程序员能够明白自己写的程序在 JVM 里到底是如何执行的。如果要深入研究 JVM 的更多细节，建议大家去看书或其他资料。

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