1 Java Run Theory Analysis（Java运行原理分析）

• 1.1 Class文件结构
• 1.2JVM运行时数据区简介
• 1.3 Class文件内容解析，并JVM运行解析class文件过程

1.1 Class文件结构

学过Java的都知道，Java文件先经过编译器编译成.class文件，那么.class文件是怎么样的结构呢？

public class Helloworld {

public static void main(String args[]){
System.out.println("hello world!!!");
}

}

这个Helloworld程序编译成.class文件之后，使用EditPlus以16进制打开，能看到文件的开头是以“CA FE BA BE”开头的。这里面还包括了版本、访问标志（public/private等）、常量池、当前类、父类、接口、字段、方法、属性。

1.2JVM运行时数据区简介

从这个图可以看出编译成.class文件之后，由JVM来加载class文件，并将class文件的内容在JVM数据区中进行处理。
线程独占：每个线程都会有它的独立地空间，随线程生命周期而创建和销毁
线程共享：所有线程能访问这块内存数据，随虚拟机或GC（垃圾回收）而创建和销毁
下面对JVM运行时数据区进行解释：
1、方法区：JVM用来存储加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码等数据，虚拟机规范中这是一个逻辑区域，不同的虚拟机其实现也是不同的，并且它是各个线程共享的内存区域。
如：oracle的HotSpot在JDK7中方法区放在永久代，JDK8则放在元数据空间，并且通过GC机制对这个区域进行管理。
2、堆内存：由老年代、新生代（细致点可分为Eden、From Survivor、To Survivor），JVM启动时创建，存放对象的实例。垃圾回收器主要就是管理堆内存。如果满了，就会出现OutOfMemoryError。
3、虚拟机栈：每个线程都在这个空间有自己的私人空间，线程栈由多个栈帧（Stack Frame）组成。一个线程会执行一个或多个方法，一个方法对应一个栈帧。
栈帧的内容包括：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等。栈内存默认最大是1M，超出则抛出StackOverflowError。
4、本地方法栈：与虚拟机栈类似，虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法而准备的，本地方法栈是为虚拟机使用Native本地方法而准备的。虚拟机规范没有规定具体的实现，由不同的虚拟机厂商去实现。HotSpot虚拟机中虚拟机栈和本地方法栈的实现是一样的，超出大小之后会抛出StackOverflowError。
5、程序计数器：记录当前线程执行字节码的位置，存储是字节码指令地址，如果执行Native方法，则计数器值为空。每个线程都会在这个空间占据一定的私人空间，占用内存空间很小。CPU同一时间，只会执行一条线程中的指令，JVM多线程会轮流切换并分配CPU执行时间的方式。为了线程切换后，需要通过程序计数器，来恢复正确的执行位置（说白了程序计数器就是记录线程的执行位置的）。

1.3 Class文件内容解析，并JVM运行解析class文件过程

从一个最简单的代码开始：

public class Demo {
public static void main(String args[]){
int x = 100;
int y = 200;
int z = 200/100;
System.out.println(x + y);
}
}

使用javap –v Demo.class > Demo.txt就能够将解析出来的内容重定向到Demo.txt中。
部分内容如下：

minor version:0 —次版本号
major version:49 —主版本号（49-JDK5->52-JDK8）

Constant pool：常量池

Demo的源码中没有定义构造函数，但是编译完之后会有默认的无参构造函数。

具体指令，可以查指令码表：

接下来，分析一下通过查指令表的指令，来分析以上执行过程

首先，本地变量表中第0个参数是main方法中的args，bipush 100意思是先往栈中放入100，然后istore_1将100保存在本地变量1，然后将200保存在本地变量2，然后将常量值2入栈，存在本地变量3的位置，getstatic #2，获取常量池（demo.txt中的Java版本号下面）中的#2常量（对应的也就是System.out.PrintStream），然后将变量表中的位置1的值压入栈，位置2也压入栈，执行加法操作（注意，这里执行加法操作之后，栈中就剩下最后的结果300了，），invokevirtual（查询指令表，“运行时方法绑定调用方法”），调用静态方法，JVM会根据这个方法描述，创建新的栈帧，方法的参数从操作数栈中弹出，压入虚拟机栈，然后虚拟机会开始执行虚拟机栈最上面的栈帧。执行完毕后，在执行main方法对应的栈帧。

最后输出完之后，return，main方法也执行结束。

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