對於任何一門語言，要想達到精通的水平，研究它的執行原理(或者叫底層機制)不失為一種良好的方式。

在本篇文章中，將重點研究java原始碼的執行原理，即從程式設計師編寫JAVA原始碼，到最終形成產品，在整個過程中，都經歷了什麼？每一步又是怎麼執行的？執行原理又是什麼？

一 編寫java源程式

java原始檔:指儲存java原始碼的檔案。

先來看看如下程式碼：

（1）java原始檔名就是該原始檔中public類的名稱

（2）一個java原始檔可以包含多個類，但只允許一個類為public

二 編譯java原始碼

當java源程式編碼結束後，就需要編譯器編譯。

安裝好jdk後，我們開啟jdk目錄，有兩個.exe檔案，即javac.exe(編譯原始碼，xxx.java檔案) 和 java.exe(執行位元組碼，xxx.class檔案).

如下圖所示：

1、切換到MyTest.java資料夾

2、javac.exe編譯MyTest.java

編譯後，發現e:\Blogs 目錄多了以class為字尾的檔案：A.class,B.class和MyTest.class

Tip:當javac.exe編譯java原始碼時，java原始碼有幾個類，就會編譯成一個對應的位元組碼檔案(.class檔案)

其中，位元組碼檔案的檔名就是每個類的類名。需要注意的是，類即使不在原始檔中定義，但被原始檔引用，編譯後，也會程式設計相應的位元組碼檔案。

如類A引用類C，但類C不定義在類A的原始檔中，編譯後，類C也被編譯成對應的位元組碼檔案C.class

三 執行java原始檔

執行java原始檔，用java.exe執行即可

到現在，java源程式基本執行結果，並正確列印我們期望的結果，那麼，如上的步驟，我們可以總結如下：

如上總結，已經抽象化了在JVM中的執行。接下來，我們將分析位元組碼檔案（.class檔案）如何在虛擬機器中一步一執行的。

四 JVM如何執行位元組碼檔案

（一）裝載位元組碼檔案

當 .java 原始碼被 javac.exe 編譯器編譯成 .class 位元組碼檔案後，接下來的工作就交給JVM處理。

JVM首先通過類載入器(ClassLoader)，將class檔案和相關Java API載入裝入JVM，以供JVM後續處理。

在該階段中，涉及到如下一些基本概念和知識。

1.JDK,JRE和JVM關係

• JDK（Java Development Kit），Java開發工具包，主要用於開發，在JDK7前，JDK包括JRE
• JRE（Java Runtime Environment），Java程式執行的核心環境，包括JVM和一些核心庫
• JVM（Java Virtual Machine），VM是一種用於計算裝置的規範，它是一個虛構出來的計算機，是通過在實際的計算機上模擬模擬各種計算機功能來實現的，是JRE核心模組。

2.JVM

JVM是一種用於計算裝置的規範，它是一個虛構出來的計算機，是通過在實際的計算機上模擬模擬各種計算機功能來實現的。

Java虛擬機器的主要任務是裝載class檔案，並執行其中的位元組碼，不同的Java虛擬機器中，執行引擎可能有不同的實現。

大致有如下幾種引擎：

• 一次性解釋位元組碼引擎
• 即時編譯引擎
• 自適應優化器

關於虛擬機器的實現方式，採用軟體方式、硬體方式和軟體硬體結合方式，這個要根據具體廠商而定。

3.什麼是ClassLoader

虛擬機器的主要任務是裝載class檔案並執行其中的位元組碼，而class檔案是由虛擬機器的類載入器(ClassLoader)完成的，在一個Java虛擬機器中有可能存在多個類載入器。

任何java運用程式，可能會使用兩種類載入器，即啟動類載入器(bootstrap)和使用者自定義類載入器。

啟動類載入器是Java虛擬機器唯一實現的一部分，它又可分為原始類裝載器，系統類裝載器或預設類裝載器。它的主要作用是從作業系統的磁碟裝載相應的類，如Java API類等。

使用者自定義裝載類，即按照使用者自定義的方式來裝載類。

（二）將位元組碼檔案儲存在JVM記憶體區

當JAVA虛擬機器執行一個程式時，它需要記憶體來儲存許多東西。

比如如位元組碼，程式建立的物件，傳遞給方法的引數，返回值，區域性變數以及運算的中間結果等，這些相關資訊被組織到“執行時資料區”。

根據廠商的不同，在Java虛擬機器中，執行時資料區也有所不同。有些執行時資料區由執行緒共享，有些只能由某個特定執行緒共享。

執行時資料區大致可分幾個區：方法區，堆區，棧區，PC暫存器區和本地方法棧區。

在該階段中，涉及到如下基本概念和知識。

1、方法區

方法區用來儲存解析被載入的class檔案的相關資訊。

當虛擬裝載一個class檔案後，它會從這個class檔案包含的二進位制資料中解析型別資訊，然後將該相關資訊儲存到方法區中。

2.堆

堆是用來儲存相關引用型別的，如new物件。當程式執行時，虛擬機器會把所有該程式在執行時建立的物件都放到堆中。

3.PC暫存器

PC暫存器主要用來儲存執行緒。當新建立一個執行緒時，該執行緒都將得到一個自己的PC暫存器(程式計數器)以及一個java棧。

Java虛擬機器沒有暫存器，其指令集使用Java棧來儲存中間資料。

4.棧區

棧區主要用來儲存值型別的，如基本資料型別。需要注意的是，String為引用型別，是存在堆中的。

Java棧是由許多棧幀組成的，一個棧幀包含一個Java方法呼叫的狀態，當執行緒呼叫一個方法時，虛擬機器壓入一個新的棧幀到該執行緒的Java棧中，當該方法返回時，這個棧幀從Java棧中彈出。

（三）執行引擎與執行時資料區互動

執行時資料區為執行引擎提供了執行環境和相關資料，執行引擎通過與執行時資料區互動，從而獲取執行時需要的相關資訊，儲存執行的中間結果等

（四）執行引擎與本地方法介面

當要執行本地方法時，執行引擎將呼叫本地方法介面來獲取相關OS本地方法。

需要注意的是，本地方法與作業系統強耦合的。

（五）JVM在具體作業系統上執行

JVM通過呼叫本地介面來獲取本地方法，從而實現在具體的平臺上執行。比如在Linux系統上執行，在Window系統上執行和在Unix系統上執行。