jvm規範中定義了class文件的格式，但並未定義Java源碼如何編譯爲class文件，在Sun JDK中就是javac編譯器，可分爲下面三個步驟：
1.分析和輸入到符號表（Parse and Enter）
Parse 過程所做的是詞法和語法分析
Enter 過程是將符號輸入到符號表
2.註解處理（Annotation Processing）
該步驟主要用於處理用戶自定義的annotation,可能帶來的好處是基於annotation來生成附加的代碼，如：
編譯時引入Lombok對User.java進行編譯後，再通過javap查看class文件可看到自動生成了public String getUsername()方法
3.語義分析和生成class文件（Analyse and Generate）
class 文件中並不僅僅存放了字節碼，還存放了很多輔助jvm來執行class文件的附加信息，一個class文件包含了以下信息：
- 結構信息：包括class文件格式版本號及各部分的數量與大小的信息
- 元數據：可以認爲元數據就是java源碼中“聲明”與“常量”信息
- 方法信息：可以說就是java源碼中“語句”和“表達式”對應的信息
class文件是個完整的自描述文件，字節碼在其中只佔了很小的部分，源碼編譯爲class文件後，即可放入jvm中執行，執行時jvm首先要做的是裝載class文件，這個就是類加載機制
2.類加載機制
jvm將類加載過程劃分爲三個步驟：
1.裝載（Load） 裝載過程負責找到二進制字節碼並加載到jvm中，jvm通過類的全限定義名（com.bluedavy.HelloWord）及類加載器（ClassLoaderA 實例）完成類的加載，同樣，也採用以上兩個素來標識一個被加載了的類：類的全限定名+ClassLoader 實例ID,類名的命名方式如下：
對於接口式非數組型的類，其名稱即爲類名，此種類型的類由所在的ClassLoader負責加載：數組型類中的元素類型由所在的ClassLoader負責加載，但數組類則由JVM直接創建。
2.鏈接（Link） 鏈接過程負責對二進制字節碼的格式進行校驗、初始化裝載類中的靜態變量及解析類中調用的接口、類。
3.初始化（Initialize）初始化過程即即執行類中的靜態初始化代碼、構造器代碼及靜態屬性的初始化，在下面的四種情況下初始化過程會被觸發執行：
- 調用了new
- 反射調用了類中的方法
- 子類調用了初始化
- JVM啓動過程中指定的初始化類
JVM的類加載通過ClassLoader及其子類來完成，分爲Bootstrap ClassLoader、Extensin ClassLoader、System ClassLoader(在Sun JDK中對應的類名爲AppClassLoader)及 User-Defined ClassLoader,其關係如下圖：
1.Bootstrap ClassLoader Sun JDK 採用C++實現了此類，此類並非ClassLoader的子類，在代碼中沒有辦法拿到這個對象，Sun JDK 啓動時會初始化此ClassLoader,並由ClassLoader完成$JAVA_HOME 中jre/lib/rt.jar裏所有class文件的加載;
2.Extension ClassLoader JVM用此ClassLoader來加載擴展功能的一些jar包，例如JDK中dns工具jar包等，對應的類名爲ExtClassLoader;
3.System ClassLoader JVM 用此ClassLoader來加載啓動參數中指定的Classpath中的jar包及目錄，在Sun JDK中ClassLoader對應的類名爲AppClassLoader;
4.User-Defined ClassLoader 這是開發人員繼承ClassLoader抽象類自行實現的ClassLoader,可以用加載非Classpath中的jar及目錄、還可以在加載之前對class文件做一些動作，例如解密等;
JVM會保證同一個ClassLoader實例對象中只能加載一次同樣名稱的Class
Cloader抽象類提供了幾個關鍵的方法
- loadClass 此方法負責加載指定名字的類，ClassLoader的實現方法爲先從已經加載的類中尋找，如沒有，則繼續從 parent ClassLoader中尋找；如果仍然沒有找到，則從System ClassLoader中尋找，最後再調用findClass方法來尋找；如果最終沒有找到就拋出ClassNotFoundException;
- findLoaderClass 方法負責從當前ClassLoader實例對象的緩存中尋找已加載的類，調用的爲native的方法;
- findClass 此方法直接拋出ClassNotFoundException,因此要通過覆蓋loadClass或此方法來以自定義的方式加載相應的類;
- findSystemClass 此負責從System ClassLoader 中尋找，如未找到，則繼續從Bootstrap ClassLoader 中尋找，如果仍然未找到，則返回null;
- defineClass 此方法負責將二進制的字節碼轉換成Class對象，如果二進制的字節碼的格式不符合JVM Class文件的格式，則拋出ClassFormatError;如果生成的類名和二進制字節碼中的不同，則拋出NoClassDefFoundError;如果加載的class是受保護的、採用不同簽名的或者類名是以java.開頭的，則拋出SecurityException；如果加載的class在此ClassLoader中已加載，則拋出LinkageError;
- resolveClass 此方法負責完成Class對象的鏈接，如果鏈接過，則會直接返回;
3.類的執行機制
在源碼編譯階段源碼編譯爲JVM字節碼，JVM字節碼是一種中間代碼的方式，要由JVM在運行期對其進行解釋並執行，這種方式稱爲字節碼解釋執行方式；
1.字節碼解釋執行
JVM採用了invokestatic,invokevirtual,invokeinterface和invokespecial四個指令來執行不同的方法調用。
invokestatic對應的是調用static方法，invokevirtual對應的是調用對象實例的方法，invokeinterface對應的是調用接口的方法，invokespecial對應的是調用private方法和編譯源碼後生成的<init>方法；
Sun JDK基於棧的體系結構來執行字節碼，基於棧方式的好處爲代碼緊湊，體積小，線程在創建後，都會產生程序計數器（pc）(或稱爲PC registers)和棧（Stack）;PC存放了下一條要執行的指令在方法內的偏移量；棧中存放了棧幀（StackFrame），每個方法每次調用都會產生棧幀。棧幀主要分爲局部變量區和操作數棧兩部分，局部變量區用於存放方法中的局部變量和參數，操作數棧中用於存放方法執行過程中產生的中間結果，棧幀中還會有一些雜用空間，例如指向方法已解析的常量池的引用、其他一些JVM內部實現需要的數據等；
2.編譯執行
解釋執行的效率較低，Sun JDK在執行過程中對執行頻率高的代碼進行編譯，對執行不頻繁的代碼則繼續採用解釋的方式；在編譯上Sun JDK提供了兩種模式：client compiler(-client)和server compiler(-server)。
client compiler又稱爲C1，較爲輕量級，只做少量性能開銷比高的優化，它佔用內存較少，適合於桌面交互式應用，其他方面的優化主要有：
- 方法內聯 這種方法把調用到的方法的指令直接植入當前方法中，如下代碼：
- public void bar(){
- ....
- bar2();
- ....
- }
- private void bar2(){
- //bar2;
- }
public void bar(){
....
bar2();
....
}
private void bar2(){
//bar2;
}上面代碼編譯後就變成類似下面的結構：
- public void bar(){
- ....
- //bar2
- ....
- }
public void bar(){
....
//bar2
....
}
- 去虛擬化 去虛擬化是指在裝載class文件後，進行類層次的分析，如發現類中的方法只提供一個實現類，那麼對於調用了此方法的代碼，也可進行方法內聯；
- 冗餘削除 冗餘削除是指在編譯時，根據運行時狀況進行代碼摺疊或削除，例如一段這樣的代碼：
- public void execute(){
- if(isDebug){
- log.debug("enter this method: execute");
- }
- //do something
- }
public void execute(){
if(isDebug){
log.debug("enter this method: execute");
}
//do something
}如isDebug的值是false，在執行C1編譯後，這段代碼就變成類似下面的結構：
- public void execute(){
- //do something
- }
public void execute(){
//do something
}
Server compiler又稱C2,較爲重量級，它採用大量的傳統編譯優化技巧來進行優化，佔用內存相對會多一些，適合於服務器端的應用；逃逸分析是C2進行很多優化的基礎，逃逸分析是指根據運行狀況來判斷方法中的變量是否會被外部讀取，如不會則認爲此變量是逃逸的，基於逃逸分析C2在編譯時會標量替換，棧上分配和同步消除等優化；
- 標量替換 就是用標量替換聚合量，例如下面這段代碼：
- Point point=new Point(1,2);
- ystem.out.println("point.x="+point.x+";point.y"+point.y);
Point point=new Point(1,2);
System.out.println("point.x="+point.x+";point.y"+point.y);當point對象在後面的執行過程中未用到時，經過編譯後，代碼會變成類似下面的結構：
- int x=1;
- int y=2;
- System.out.println("point.x="+x+";point.y"+y);
int x=1;
int y=2;
System.out.println("point.x="+x+";point.y"+y);- 棧上分配 在上面的例子中，如果p沒有逃逸，那麼C2會選擇在棧上直接創建Point對象實例，而不是在堆上；
- 同步削除 指如果發現同步的對象未逃逸，那也沒有同步的必要了，在C2編譯時會直接去掉同步，例如：
- Point point=new Point(1,2);
- synchronized(point) {
- //do something;
- }
Point point=new Point(1,2);
synchronized(point) {
//do something;
}經過分析如果發現point未逃逸，在編譯後，代碼就會變成下面的結構：
- Point point = new Point(1,2);
- //do something
Point point = new Point(1,2);
//do something
Sun JDK之所以未選擇在啓動時即編譯成機器碼，有下面幾個原因：
- 靜態編譯並不能根據程序的運行狀況來優化執行的代碼
- 解釋執行比編譯執行更節省內存
- 啓動解釋執行的啓動速度比編譯再啓動更快