深入理解 Java 虚拟机-Java 代码编译和执行的整个过程

Java 代码编译是由 Java 源码编译器来完成，流程图如下所示：



Java 字节码的执行是由 JVM 执行引擎来完成，流程图如下所示：



Java 代码编译和执行的整个过程包含了以下三个重要的机制：

Java 源码编译机制
类加载机制
类执行机制

Java 源码编译机制

Java 源码编译由以下三个过程组成：

分析和输入到符号表
注解处理
语义分析和生成 class 文件

流程图如下所示：



最后生成的 class 文件由以下部分组成：

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。对应于 Java 源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池。
方法信息。对应 Java 源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息。

类加载机制

JVM 的类加载是通过 ClassLoader 及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：

1）Bootstrap ClassLoader



负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的 class，由 C++ 实现，不是 ClassLoader 子类。

2）Extension ClassLoader

负责加载Java平台中扩展功能的一些 jar 包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的 jar 包。

3）App ClassLoader

负责记载 classpath 中指定的 jar 包及目录中 class。

4）Custom ClassLoader

属于应用程序根据自身需要自定义的 ClassLoader，如 Tomcat、jboss 都会根据 J2EE 规范自行实现 ClassLoader。

加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐层检查，只要某个 Classloader 已加载就视为已加载此类，保证此类只所有 ClassLoade r加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

类执行机制

JVM 是基于栈的体系结构来执行 class 字节码的。线程创建后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成，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。栈的结构如下图所示：