Appcan Engine学习笔记之Engine初始化

转载自《深入拆解-Java-虚拟机》笔记（一）：Java代码是怎么运行的

在了解java代码是怎么运行之前的，首先要知道java代码有哪几种运行方式以及他们之间有什么不同点和相同点？

java代码的运行方式有很多中，比如：

1. 开发工具中运行
2. 双击执行jar文件运行
3. 命令行运行
4. 网页中运行

他们的不同点就是运行的方式不一样，共同点就是都离不开java运行时环境（Java Runtime Environment），也就是JRE。那么我们平时所说的jdk是什么呢？ 实际上，JRE 仅包含运行 Java 程序的必需组件，包括 Java 虚拟机以及 Java 核心类库等，而Jdk是包含jre的同时，还附带了一系列开发诊断工具。

C++代码是不需要额外的运行时环境，我们直接编译成机器码就可以执行，既然 C++ 的运行方式如此成熟，那么为什么java还要在虚拟机中运行呢，这样的执行效率不会很低吗？

为什么需要java虚拟机

java属于一门高级程序语言，而电脑的底层硬件只能识别0101这样的机器码， 所以它是不能直接运行用硬件运行，需要一个中间翻译的角色，将代码转换为机器码，最终交给硬件执行，Java虚拟机就充当这样一个翻译的角色。

那么具体是怎么进行转换呢？ 首先通过JVM将.java文件转换为 字节码文件，也就是 .class 文件。 （为什么称为字节码文件呢？ 因为.class 文件中指令的操作码都被固定为1个字节。）

如下代码

     最左列是偏移；中间列是给虚拟机读的机器码；最右列是给人读的代码
    0x00:  b2 00 02         getstatic java.lang.System.out
    0x03:  12 03            ldc "Hello, World!"
    0x05:  b6 00 04         invokevirtual java.io.PrintStream.println
    0x08:  b1               return

java虚拟机是如何运行字节码文件的呢？

首先需要将编译成的字节码.class文件， 载到虚拟机中。加载后的java类会被存放于方法区（Method Area）中。实际运行时，虚拟机会执行方法区中的代码。

java虚拟机中会在内存中划分堆和栈来存储运行时数据，栈又被细分为 Java 方法栈，面向本地方法用 C++ 写的 native 方法的本地方法栈，以及存放各个线程执行位置的 PC 寄存器，（注意： java方法栈、本地方法栈、pc寄存器是线程私有的，也就是说每个线程都会创建）。

在运行过程中，每当调用进入一个 Java 方法，JVM会在当前线程的java方法栈中创建一个栈帧，主要用来存放局部变量和字节码的操作数。 当退出当前方法时，JVM 会弹出该栈帧，并将其舍弃。。（一定要仔细认真的阅读理解这句话，在使用AdnroidStudio进行断点调试的时候很明显可以看到每个线程方法调用的栈帧。）

从硬件上来讲，虚拟机最终会将字节码文件转换为0101的机器码交给cpu来执行。 那么JVM是如何对字节码进行编译的呢？

编译的方式主要有两种：

• 第一种是解释执行， 解释一行，执行一行（优点点： 无需等待编译）
• 第二种是即时编译，也就是将一个方法编译完成之后再执行（实际执行速度更快）

HotSpot虚拟机采用的是混合模式来进行编译，对于占据大部分的不常用的代码，我们无需耗费时间将其编译成机器码，而是采用解释执行的方式。另一方面，对于仅占据小部分的热点代码，我们则可以采用即时编译将其编译成机器码，达到理想的运行速度。 在执行即时编译的过程中，JVM 内置了C1、C2和Graal三种即时编译器， C1面向的是客户端，C2面向的是Sever。

从Java 7开始，HotSpot默认采用分层编译的方式：热点方法首先被C1编译，而后热点方法中的热点会进一步被C2编译。HotSpot的即时编译是放在额外的线程中。字节码的解释执行和即时编译是可以同时进行的。

课后练习

全部命令截图如下

新建一个文件夹，命名为 hotspot， 然后编写 Foo.java文件， 注意不要带包名（下方命令都是基于此文件来执行的),如果文件带包名执行的时候，执行目录不正确会报错误：找不到或无法加载主类的错误，可以参考博客使用java命令运行class文件提示“错误：找不到或无法加载主类“的问题分析解决。

    public class Foo {
        public static void main(String[] args) {
            boolean flag = true;
            if (flag) System.out.println("Hello, Java!");
            if (flag == true) System.out.println("Hello, JVM!");
        }
    }

然后用cd命令进入hotspot目录中，依次执行下方命令运行Foo.java文件，此时会生成Foo.class文件

    javac Foo.java
    java Foo

输出结果
Hello, Java!
Hello, JVM!

生成的.class 文件自己在AndroidStudio中打开可以看到内容如下：

    public class Foo {
        public Foo() {
        }

        public static void main(String[] var0) {
            boolean var1 = true;
            if(var1) {
                System.out.println("Hello, Java!");
            }

            if(var1) {
                System.out.println("Hello, JVM!");
            }

        }
    }

下载asmtools.jar对 .class文件进行反汇编

执行下方命令进行反汇编，

    java -cp /home/shaoyance/下载/asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jdis.Main Foo.class>Foo.jasm.1
    说明：

    /home/shaoyance/下载/asmtools.jar  //asmtools.jar 的下载路径
    org.openjdk.asmtools.jdis.Main //固定写法

执行完上方命令后会生成文件 生成文件 Foo.jasm.1，内容如下：

    super public class Foo
        version 51:0
    {


    public Method "":"()V"
        stack 1 locals 1
    {
            aload_0;
            invokespecial    Method java/lang/Object."":"()V";
            return;
    }

    public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
        stack 2 locals 2
    {
            iconst_1;
            istore_1;
            iload_1;
            ifeq    L14;
            getstatic    Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
            ldc    String "Hello, Java!";
            invokevirtual    Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
        L14:    stack_frame_type append;
            locals_map int;
            iload_1;
            iconst_1;
            if_icmpne    L27;
            getstatic    Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
            ldc    String "Hello, JVM!";
            invokevirtual    Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
        L27:    stack_frame_type same;
            return;
    }

    } // end Class Foo

执行下方命令 将 Foo.jasm.1 字节码中的iconst_1修改为了iconst_2，然后输出到文件 Foo.jasm

    awk 'NR==1,/iconst_1/{sub(/iconst_1/,"iconst_2")} 1' Foo.jasm.1>Foo.jasm

Foo.jasm中的内容如下：

    super public class Foo
        version 51:0
    {


    public Method "":"()V"
        stack 1 locals 1
    {
            aload_0;
            invokespecial    Method java/lang/Object."":"()V";
            return;
    }

    public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
        stack 2 locals 2
    {
            iconst_2; //修改前的值为 iconst_1;
            istore_1;
            iload_1;
            ifeq    L14;
            getstatic    Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
            ldc    String "Hello, Java!";
            invokevirtual    Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
        L14:    stack_frame_type append;
            locals_map int;
            iload_1;
            iconst_1;
            if_icmpne    L27;
            getstatic    Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
            ldc    String "Hello, JVM!";
            invokevirtual    Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
        L27:    stack_frame_type same;
            return;
    }

} // end Class Foo

此时目录 hotspot中的文件有
Foo.class Foo.jasm Foo.jasm.1 Foo.java

然后执行下方命令将 Foo.jasm 汇编到 Foo.class 文件中

    java -cp /home/shaoyance/下载/asmtools.jar  org.openjdk.asmtools.jasm.Main Foo.jasm

此时再用AndroidStudio打开Foo.class 文件，内容如下：

    public class Foo {
        public Foo() {
        }

        public static void main(String[] var0) {
            byte var1 = 2;
            if(var1 != 0) {
                System.out.println("Hello, Java!");
            }

            if(var1 == 1) {
                System.out.println("Hello, JVM!");
            }

        }
    }

此时再次运行命令

    java Foo

输出结果

Hello, Java!

那么为什么将iconst_1修改为了iconst_2后只打印了 Hello， Java! 第二个判断语句中的打印为什么没有输出呢？具体的原理自己也不清楚，下边是极客时间中的一条评论：

jvm把boolean当做int来处理

flag = iconst_1 = true

awk把stackframe中的flag改为iconst_2

if（flag）比较时ifeq指令做是否为零判断，常数2仍为true，打印输出

if（true == flag）比较时if_cmpne做整数比较，iconst_1是否等于flag，比较失败，不再打印输出

参考博客：
读郑雨迪《深入拆解Java虚拟机》 – 第一讲 Java代码是怎么运行的