java编译原理
java 虚拟机(jvm)是可运行java 代码的假想计算机。只要根据jvm规格描述将解释器移植到特定的计算机上,就能保证经过编译的任何java代码能够在该系统上运行。
一、java源文件的编译、下载 、解释和执行
java应用程序的开发周期包括编译、下载 、解释和执行几个部分。java编译程序将java源程序翻译为jvm可执行代码?字节码。这一编译过程同c/c++ 的编译有些不同。当c编译器编译生成一个对象的代码时,该代码是为在某一特定硬件平台运行而产生的。因此,在编译过程中,编译程序通过查表将所有对符号的引用转换为特定的内存偏移量,以保证程序运行。java编译器却不将对变量和方法的引用编译为数值引用,也不确定程序执行过程中的内存布局,而是将这些符号引用信息保留在字节码中,由解释器在运行过程中创立内存布局,然后再通过查表来确定一个方法所在的地址。这样就有效的保证了java的可移植性和安全 性。
运行jvm字节码的工作是由解释器来完成的。解释执行过程分三部进行:代码的装入、代码的校验和代码的执行。装入代码的工作由“类装载器”(class loader)完成。类装载器负责装入运行一个程序需要的所有代码,这也包括程序代码中的类所继承的类和被其调用的类。当类装载器装入一个类时,该类被放在自己的名字空间中。除了通过符号引用自己名字空间以外的类,类之间没有其他办法可以影响其他类。在本台计算机上的所有类都在同一地址空间内,而所有从外部引进的类,都有一个自己独立的名字空间。这使得本地类通过共享相同的名字空间获得较高的运行效率,同时又保证它们与从外部引进的类不会相互影响。当装入了运行程序需要的所有类后,解释器便可确定整个可执行程序的内存布局。解释器为符号引用同特定的地址空间建立对应关系及查询表。通过在这一阶段确定代码的内存布局,java很好地解决了由超类改变而使子类崩溃的问题,同时也防止了代码对地址的非法访问。
随后,被装入的代码由字节码校验器进行检查。校验器可发现操作数栈溢出,非法数据类型转化等多种错误。通过校验后,代码便开始执行了。
二、java字节码的执行有两种方式:
1、即时编译方式:解释器先将字节码编译成机器码,然后再执行该机器码。
2、解释执行方式:解释器通过每次解释并执行一小段代码来完成java字节码程 序的所有操作。
通常采用的是第二种方法。由于jvm规格描述具有足够的灵活性,这使得将字节码翻译为机器代码的工作
具有较高的效率。对于那些对运行速度要求较高的应用程序,解释器可将java字节码即时编译为机器码,从而很好地保证了java代码的可移植性和高性能。
java程序编译和运行的过程
java整个编译以及运行的过程相当繁琐,本文通过一个简单的程序来简单的说明整个流程。
如下图,java程序从源文件创建到程序运行要经过两大步骤:
1、源文件由编译器编译成字节码(bytecode)
2、字节码由java虚拟机解释运行。因为java程序既要编译同时也要经过jvm的解释运行,所以说java被称为半解释语言( “semi-interpreted” language)。
下面通过以下这个java程序,来说明java程序从编译到最后运行的整个流程。代码如下:
第一步(编译): 创建完源文件之后,程序会先被编译为.class文件。java编译一个类时,如果这个类所依赖的类还没有被编译,编译器就会先编译这个被依赖的类,然后引用,否则直接引用,这个有点象make。如果java编译器在指定目录下找不到该类所其依赖的类的.class文件或者.java源文件的话,编译器话报“cant find symbol”的错误。
编译后的字节码文件格式主要分为两部分:常量池和方法字节码。常量池记录的是代码出现过的所有token(类名,成员变量名等等)以及符号引用(方法引用,成员变量引用等等);方法字节码放的是类中各个方法的字节码。下面是mainapp.class通过反汇编的结果,我们可以清楚看到.class文件的结构:
第二步(运行):java类运行的过程大概可分为两个过程:1、类的加载 2、类的执行。需要说明的是:jvm主要在程序第一次主动使用类的时候,才会去加载该类。也就是说,jvm并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中,而是到不得不用的时候才把它加载进来,而且只加载一次。
下面是程序运行的详细步骤:
1、在编译好java程序得到mainapp.class文件后,在命令行上敲java appmain。系统就会启动一个jvm进程,jvm进程从classpath路径中找到一个名为appmain.class的二进制文件,将mainapp的类信息加载到运行时数据区的方法区内,这个过程叫做mainapp类的加载。
2、然后jvm找到appmain的主函数入口,开始执行main函数。
3、main函数的第一条命令是animal animal = new animal(“puppy”);就是让jvm创建一个animal对象,但是这时候方法区中没有animal类的信息,所以jvm马上加载animal类,把animal类的类型信息放到方法区中。
4、加载完animal类之后,java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的animal实例分配内存, 然后调用构造函数初始化animal实例,这个animal实例持有着指向方法区的animal类的类型信息(其中包含有方法表,java动态绑定的底层实现)的引用。
5、当使用animal.printname()的时候,jvm根据animal引用找到animal对象,然后根据animal对象持有的引用定位到方法区中animal类的类型信息的方法表,获得printname()函数的字节码的地址。
6、开始运行printname()函数。
特别说明:java类中所有public和protected的实例方法都采用动态绑定机制,所有私有方法、静态方法、构造器及初始化方法《clinit》都是采用静态绑定机制。而使用动态绑定机制的时候会用到方法表,静态绑定时并不会用到。本文只是讲述java程序运行的大概过程,所以并没有细加区分。
java程序编译运行程序详解
1、打开java软件,然后把点击上方的菜单栏的“文件”,会出现一个菜单,点击第一个“新建”,会出现一个二级菜单,然后点击“java项目”。
2、之后,会弹出一个“新建java项目”页面。
首先,在“项目名”那里填写上你的项目的名字。
接着,设置项目的位置。(要设置项目的位置的话,你得先吧那个“使用缺省位置”复选框去掉,你才能设置。)
设置好之后,点击“完成”。便会新建出一个项目。
3、如果没有弹出页面,那么你可以点击在欢迎页面的右上角的工作台。
4、点击之后会出现一个页面,你可以在页面的右上角点击一个叫“java”的按钮,接着会出现一个新的页面,如图所示。
5、找到“包资源管理器”,那里有一个你刚才创建项目的文件夹,右击它会出现一个菜单,点击“新建”,会出现一个二级菜单,点击“类”。
6、接着会弹出一个“新建java类”页面。
在名称那里输入类的名称。
然后在“public static void main (string[] args)”复选框打上勾。
点击“完成”。
7、之后,在“包资源管理器”那里会出现一些文件。
页面中部会弹出一个小页面,那就是程序的编辑器。
8、在程序编辑器的
“public static void main(string[] args) {
}”
这段程序的中括号里面输入system.out.println(“hello world!”);
这段程序。
9、然后在菜单栏里找到“运行”并点击,会跳出一个二级菜单,然后点击运行。
10、如果你没保存的话,他会跳出一个如图所示的界面,点击“确定”即可。
11、然后页面下方会出现程序的运行结果。
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