分析Java程序运行原理

前言

在分析Java程序运行原理前，我们先了解两点基础的前提知识点：

1. class字节码文件到底存储的什么内容，以及它包含了哪些java语义逻辑内容?
2. Jvm在运行时内存的数据区到底如何划分？

Class文件内容及包含的java逻辑语义

Class文件内容：

class文件是java编译器对.java源文件编译之后产生的字节码文件，其内容是严格按照数据格式紧凑排列无任何分隔符的二进制流数据，当我们用16进制工具查看时，会发现class文件都是以（0X cafebabe）开头。Jvm在加载class文件时，优先校验其是否有此开头标记，如没有则Jvm认为是非法的class文件，会抛ClassFormatError错误。

Class文件内容包含哪些java逻辑语义：

1. 首先借助javap命令对class文件进行反编译
   命令：
   javap -v Demo.class > Demo.txt

2. 打开Demo.txt会发现有四部分核心内容

   内容一：JDK的编译版本/类的访问修饰符
   

   内容二：常量池（和字符串/运行时常量池有所区别），主要包含如类名称常量字符串、方法名常量字符串以及类中定义的常量等描述信息。
   
   内容三：构造方法
   

   内容四：方法描述包含方法的访问修饰符，本地变量数量/参数数量/操作数栈的深度，编译后的方法指令码操作符，javap反编译后得到的是操作符，实际class文件存储的是指令码。
   

Jvm运行时内存的数据区划分

线程共享区域：

方法区：主要存储类信息，常量信息（字符串常量/运行时常量）。以HotSpot虚拟机为例，JDK1.7及之前用永久代实现方法区，JDK1.8使用元数据空间及系统内存实现方法区。JDK1.7开始将字符串/运行时常量池实际的物理存储移入堆内存，逻辑上常量池依然可看做是方法区一部分。
堆内存：主要储存类的对象信息，GC主要的工作区域。

线程独享区域：

程序计数器：主要记录程序运行的字节码位置，存储的是字节码指令地址。
虚拟机栈：主要存储线程中方法运行时所产生的局部变量表，操作数栈，返回值地址以及其他附属信息等。单个线程栈默认1M大小。
本地方法栈：和虚拟机栈作用类似，主要是Jvm为native方法运行准备。

Java程序运行原理完整分析

知道了class文件内容和包含的java逻辑语义，以及JVM运行时的数据区划分之后，下面理解java程序运行原理就会很轻松愉快。

上一个简单实操的java类从头分析其运行原理：

1. 编写Demo.java源文件

2. Javac 编译源代码产生Demo.class

3. Javap 命令反编译Demo.class文件，得到Demo.txt

4. 打开Demo.txt 找到其中main方法的描述

5. Demo.class执行流程梳理

1. 先编写源代码Demo.java
2. 编译产生Demo.class
3. Jvm加载Demo.class进内存（类加载过程后续文章讲解）
4. 首先在方法区存储Demo类信息
5. 其次在堆内存创建Demo的对象信息
6. Jvm开启线程执行main方法
7. 在程序计数器和虚拟机栈为执行线程分配对应空间
8. Jvm执行引擎按照main方法中的指令码依次操作栈帧中的操作数栈和本地变量表执行程序，同时程序计数器记录每次执行的字节码指令位置。

以上就是我对java程序运行原理的理解分析，希望对你有帮助，感谢阅读。

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