Java整個編譯以及運行的過程

Java整個編譯以及運行的過程相當繁瑣，本文通過一個簡單的程序來簡單的說明整個流程。

如下圖，Java程序從源文件創建到程序運行要經過兩大步驟：1、源文件由編譯器編譯成字節碼（ByteCode） 2、字節碼由java虛擬機解釋運行。因爲java程序既要編譯同時也要經過JVM的解釋運行，所以說Java被稱爲半解釋語言（ "semi-interpreted" language）。

圖1 java程序編譯運行過程

下面通過以下這個java程序，來說明java程序從編譯到最後運行的整個流程。代碼如下：

Java代碼

//MainApp.java
public class MainApp {
public static void main(String[] args) {
Animal animal = new Animal("Puppy");
animal.printName();
}
}
//Animal.java
public class Animal {
public String name;
public Animal(String name) {
this.name = name;
}
public void printName() {
System.out.println("Animal ["+name+"]");
}
}

第一步(編譯): 創建完源文件之後，程序會先被編譯爲.class文件。Java編譯一個類時，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然後引用，否則直接引用，這個有點象make。如果java編譯器在指定目錄下找不到該類所其依賴的類的.class文件或者.java源文件的話，編譯器話報“cant find symbol”的錯誤。

編譯後的字節碼文件格式主要分爲兩部分：常量池和方法字節碼。常量池記錄的是代碼出現過的所有token(類名，成員變量名等等)以及符號引用（方法引用，成員變量引用等等）；方法字節碼放的是類中各個方法的字節碼。下面是MainApp.class通過反彙編的結果，我們可以清楚看到.class文件的結構：

圖2 MainApp類常量池

圖3 MainApp類方法字節碼

第二步（運行）：java類運行的過程大概可分爲兩個過程：1、類的加載 2、類的執行。需要說明的是：JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，纔會去加載該類。也就是說，JVM並不是在一開始就把一個程序就所有的類都加載到內存中，而是到不得不用的時候才把它加載進來，而且只加載一次。

下面是程序運行的詳細步驟：

在編譯好java程序得到MainApp.class文件後，在命令行上敲java AppMain。系統就會啓動一個jvm進程，jvm進程從classpath路徑中找到一個名爲AppMain.class的二進制文件，將MainApp的類信息加載到運行時數據區的方法區內，這個過程叫做MainApp類的加載。
然後JVM找到AppMain的主函數入口，開始執行main函數。
main函數的第一條命令是Animal animal = new Animal("Puppy");就是讓JVM創建一個Animal對象，但是這時候方法區中沒有Animal類的信息，所以JVM馬上加載Animal類，把Animal類的類型信息放到方法區中。
加載完Animal類之後，Java虛擬機做的第一件事情就是在堆區中爲一個新的Animal實例分配內存, 然後調用構造函數初始化Animal實例，這個Animal實例持有着指向方法區的Animal類的類型信息（其中包含有方法表，java動態綁定的底層實現）的引用。
當使用animal.printName()的時候，JVM根據animal引用找到Animal對象，然後根據Animal對象持有的引用定位到方法區中Animal類的類型信息的方法表，獲得printName()函數的字節碼的地址。
開始運行printName()函數。