本篇是《深入理解JVM》系列博客的第一篇，旨在全局把控，先對整體流程有個認識，然后再分階段詳解.本篇博客大部分內(nèi)容來自http://www.cnblogs.com/dqrcsc/p/4671879.htmljava一些地方重新進行了整理，根據(jù)自己的理解重新規(guī)劃了內(nèi)容—TML
概述
程序執(zhí)行流程我把它劃分為以下幾個步驟：編輯源碼、編譯生成class文件、(加載class文件、運行class字節(jié)碼文件)，其中后兩個步驟都是在jvm虛擬機上執(zhí)行的。
編輯
過程描述
編輯源代碼，就是我們在任何一個工具上編寫源代碼，可以是記事本，最后命名為Student.java。
這部分相當于我們在myeclipse這樣的ide上新建一個.java的Class然后寫內(nèi)容。
源碼文件
class Person {
private String name;
private int age;
public Person(int age, String name){
this.age = age;
this.name = name;
}
public void run(){
}
}
interface IStudyable {
public int study(int a, int b);
}
//public類，與java文件同名
public class Student extends Person implements IStudyable {
private static int cnt=5;
static{
cnt++;
}
private String sid;
public Student(int age, String name, String sid){
super(age,name);
this.sid = sid;
}
public void run(){
System.out.println("run()...");
}
public int study(int a, int b){
int c = 10;
int d = 20;
return a+b*c-d;
}
public static int getCnt(){
return cnt;
}
public static void main(String[] args){
Student s = new Student(23,"dqrcsc","20150723");
s.study(5,6);
Student.getCnt();
s.run();
}
}
編譯
過程描述
生成.class字節(jié)碼文件，輸入命令javac Student.java將該源碼文件編譯生成.class字節(jié)碼文件。由于在源碼文件中定義了兩個類，一個接口，所以生成了3個.clsss文件。
這部分的操作就相當于我們在myeclipse這樣的ide上寫完代碼ctrl+s保存
字節(jié)碼文件
字節(jié)碼文件，看似很微不足道的東西，卻真正實現(xiàn)了java語言的跨平臺。各種不同平臺的虛擬機都統(tǒng)一使用這種相同的程序存儲格式。更進一步說，jvm運行的是class字節(jié)碼文件，只要是這種格式的文件就行，所以，實際上jvm并不像我之前想象地那樣與java語言緊緊地捆綁在一起。如果非常熟悉字節(jié)碼的格式要求，可以使用二進制編輯器自己寫一個符合要求的字節(jié)碼文件，然后交給jvm去運行；或者把其他語言編寫的源碼編譯成字節(jié)碼文件，交給jvm去運行，只要是合法的字節(jié)碼文件，jvm都會正確地跑起來。所以，它還實現(xiàn)了跨語言……下面是一個字節(jié)碼文件Student.class.txt：
部分class文件內(nèi)容，從上面圖中，可以看到這些信息來自于Student.class，編譯自Student.java，編譯器的主版本號是52，也就是jdk1.8，這個類是public，然后是存放類中常量的常量池，各個方法的字節(jié)碼等
它存放了這個類的各種信息：字段、方法、父類、實現(xiàn)的接口等各種信息。
運行
過程描述
在命令行中輸入java Student這個命令，就啟動了一個java虛擬機，然后加載Student.class字節(jié)碼文件到內(nèi)存，然后運行內(nèi)存中的字節(jié)碼指令了。
這部分的操作就相當于我們在myeclipse這樣的ide上點擊運行按鈕
JVM基本結(jié)構(gòu)介紹
Jvm的運行時內(nèi)存分區(qū)和溢出處理見我的本系列第二篇博文（java底層分析—jvm內(nèi)存分析）http://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/76976027
，有具體描述，這里簡單說下。
JVM中把內(nèi)存分為方法區(qū)、Java棧、Java堆、本地方法棧、PC寄存器5部分數(shù)據(jù)區(qū)域。
方法區(qū)：用于存放類、接口的元數(shù)據(jù)信息，加載進來的字節(jié)碼數(shù)據(jù)都存儲在方法區(qū)
Java棧（虛擬機棧）：執(zhí)行引擎運行字節(jié)碼時的運行時內(nèi)存區(qū)，采用棧幀的形式保存每個方法的調(diào)用運行數(shù)據(jù)
本地方法棧：執(zhí)行引擎調(diào)用本地方法時的運行時內(nèi)存區(qū)
Java堆（堆）：運行時數(shù)據(jù)區(qū)，各種對象一般都存儲在堆上
PC寄存器（程序計數(shù)器）：功能如同CPU中的PC寄存器，指示要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。
JVM的功能模塊主要包括類加載器、執(zhí)行引擎和垃圾回收系統(tǒng)。
類加載
加載階段
1）類加載器會在指定的classpath中找到Student.class（通過類的全限定名）這個文件，然后讀取字節(jié)流中的數(shù)據(jù)，將其存儲在方法區(qū)中。
2）會根據(jù)Student.class的信息建立一個Class對象，這個對象比較特殊，一般也存放在方法區(qū)中，用于作為運行時訪問Student類的各種數(shù)據(jù)的接口。
驗證階段：
3）必要的驗證工作，格式、語義等
準備階段：
4）為Student中的靜態(tài)字段分配內(nèi)存空間，也是在方法區(qū)中，并進行零初始化，即數(shù)字類型初始化為0，boolean初始化為false，引用類型初始化為null等。
private static int cnt=5;
此時，并不會執(zhí)行賦值為5的操作，而是將其初始化為0。
解析階段
5）由于已經(jīng)加載到內(nèi)存了，所以原來字節(jié)碼文件中存放的部分方法、字段等的符號引用可以解析為其在內(nèi)存中的直接引用了，而不一定非要等到真正運行時才進行解析。
初始化階段
6）由于已經(jīng)加載到內(nèi)存了，所以原來字節(jié)碼文件中存放的部分方法、字段等的符號引用可以解析為其在內(nèi)存中的直接引用了，而不一定非要等到真正運行時才進行解析。
在Student.java中只有一個靜態(tài)字段：
一個類加載之前要加載它的父類及其實現(xiàn)的接口
直到第390行才看到自己定義的部分被加載，先是Student實現(xiàn)的接口IStudyable，然后是其父類Person，然后才是Student自身，然后是一個啟動類的加載，然后就是找到main()方法，執(zhí)行了。
運行字節(jié)碼指令
執(zhí)行引擎找到main()這個入口方法，執(zhí)行其中的字節(jié)碼指令：
只有當前正在運行的方法的棧幀位于棧頂，當前方法返回，則當前方法對應(yīng)的棧幀出棧，當前方法的調(diào)用者的棧幀變?yōu)闂ｍ敚?strong>當前方法的方法體中若是調(diào)用了其他方法，則為被調(diào)用的方法創(chuàng)建棧幀，并將其壓入棧頂。
簡單查看Student.main()的運行過程：
public static void main(String[] args){
Student s = new Student(23,"dqrcsc","20150723");
s.study(5,6);
Student.getCnt();
s.run();
}
Mximum stack depth指定當前方法即main()方法對應(yīng)棧幀中的操作數(shù)棧的最大深度，當前值為5
Maximum local variables指定main()方法中局部變量表的大小，當前為2，及有兩個slot用于存放方法的參數(shù)及局部變量。
Code length指定main()方法中代碼的長度。
執(zhí)行過程如下：
1.為main方法創(chuàng)建棧幀：
局部變量表長度為2，slot0存放參數(shù)args，slot1存放局部變量Student s，操作數(shù)棧最大深度為5。
2. new#7指令，在java堆中創(chuàng)建一個Student對象，并將其引用值放入棧頂。
3.初始化一個對象（通過實例構(gòu)造的方式）
up指令：復(fù)制棧頂?shù)闹?，然后將?fù)制的結(jié)果入棧。
bipush 23：將單字節(jié)常量值23入棧。
ldc #8：將#8這個常量池中的常量即”dqrcsc”取出，并入棧。
ldc #9：將#9這個常量池中的常量即”20150723”取出，并入棧。
4. invokespecial #10：調(diào)用#10這個常量所代表的方法，即Student.()這個方法，這步是為了初始化對象s的各項值
<init>()方法，是編譯器將調(diào)用父類的<init>()的語句、構(gòu)造代碼塊、實例字段賦值語句，以及自己編寫的構(gòu)造方法中的語句整合在一起生成的一個方法。保證調(diào)用父類的<init>()方法在最開頭，自己編寫的構(gòu)造方法語句在最后，而構(gòu)造代碼塊及實例字段賦值語句按出現(xiàn)的順序按序整合到<init>()方法中。
注意到Student.<init>()方法的最大操作數(shù)棧深度為3，局部變量表大小為4。
此時需注意：從dup到ldc #9這四條指令向棧中添加了4個數(shù)據(jù)，而Student.()方法剛好也需要4個參數(shù)：
public Student(int age, String name, String sid){
super(age,name);
this.sid = sid;
}
雖然定義中只顯式地定義了傳入3個參數(shù)，而實際上會隱含傳入一個當前對象的引用作為第一個參數(shù)，所以四個參數(shù)依次為this，age，name，sid。
上面的4條指令剛好把這四個參數(shù)的值依次入棧，進行參數(shù)傳遞，然后調(diào)用了Student.<init>()方法，會創(chuàng)建該方法的棧幀，并入棧。棧幀中的局部變量表的第0到4個slot分別保存著入棧的那四個參數(shù)值。
創(chuàng)建Studet.<init>()方法的棧幀：
Student.<init>()方法中的字節(jié)碼指令：
aload_0：將局部變量表slot0處的引用值入棧
aload_1：將局部變量表slot1處的int值入棧
aload_2：將局部變量表slot2處的引用值入棧
putfield #2：將當前棧頂?shù)闹怠?0150723”賦值給0x2222所引用對象的sid字段，然后棧中的兩個值出棧。
return：返回調(diào)用方即main()方法，當前方法棧幀出棧。
重新回到main()方法中，繼續(xù)執(zhí)行下面的字節(jié)碼指令：
astore_1：將當前棧頂引用類型的值賦值給slot1處的局部變量，然后出棧。
5. 到這兒為止，第一行代碼執(zhí)行完畢，將s返回給局部變量表，執(zhí)行下邊的
public static void main(String[] args){
Student s = new Student(23,"dqrcsc","20150723");//執(zhí)行完畢
s.study(5,6);
Student.getCnt();
s.run();
}
aload_1：slot1處的引用類型的值入棧
iconst_5：將常數(shù)5入棧，int型常數(shù)只有0-5有對應(yīng)的iconst_x指令
bipush 6：將常數(shù)6入棧
6. 開始執(zhí)行第二行代碼，也就是strudy方法
invokevirtual #11：調(diào)用虛方法study()，這個方法是重寫的接口中的方法，需要動態(tài)分派，所以使用了invokevirtual指令。
創(chuàng)建study()方法的棧幀：
最大棧深度3，局部變量表5
方法的java源碼：
public int study(int a, int b){
int c = 10;
int d = 20;
return a+b*c-d;
}
bipush 10：將10入棧
istore_3：將棧頂?shù)?0賦值給slot3處的int局部變量，即c，出棧。
bipush 20：將20入棧
istore 4：將棧頂?shù)?0付給slot4處的int局部變量，即d，出棧。
上面4條指令，完成對c和d的賦值工作。
iload_1、iload_2、iload_3這三條指令將slot1、slot2、slot3這三個局部變量入棧：
imul：將棧頂?shù)膬蓚€值出棧，相乘的結(jié)果入棧：
iadd：將當前棧頂?shù)膬蓚€值出棧，相加的結(jié)果入棧
iload 4：將slot4處的int型的局部變量入
isub：將棧頂兩個值出棧，相減結(jié)果入棧：
ireturn：將當前棧頂?shù)闹捣祷氐秸{(diào)用方。
7. 到這兒為止，第二行代碼執(zhí)行完畢，返回值返回給s，執(zhí)行下邊的
public static void main(String[] args){
Student s = new Student(23,"dqrcsc","20150723");//執(zhí)行完畢
s.study(5,6);
Student.getCnt();
s.run();
}
invokestatic #12 調(diào)用靜態(tài)方法getCnt()不需要傳任何參數(shù)
pop：getCnt()方法有返回值，將其出棧
aload_1：將slot1處的引用值入棧
invokevirtual #13：調(diào)用0x2222對象的run()方法，重寫自父類的方法，需要動態(tài)分派，所以使用invokevirtual指令
return：main()返回，程序運行結(jié)束。
總結(jié)
總結(jié)起來，一個類文件首先加載到方法區(qū)，一些符號引用被解析（靜態(tài)解析）為直接引用或者等到運行時分派（動態(tài)綁定），經(jīng)過一系列的加載過程（class文件的常量池被加載到方法區(qū)的運行時常量池，各種其它的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)被加載為方法區(qū)運行時數(shù)據(jù)解構(gòu)等等）
然后程序通過Class對象來訪問方法區(qū)里的各種類型數(shù)據(jù)，當加載完之后，程序發(fā)現(xiàn)了main方法，也就是程序入口，那么程序就在棧里創(chuàng)建了一個棧幀，逐行讀取方法里的代碼所轉(zhuǎn)換為的指令，而這些指令大多已經(jīng)被解析為直接引用了，那么程序通過持有這些直接引用使用指令去方法區(qū)中尋找變量對應(yīng)的字面量來進行方法操作。
操作完成后方法返回給調(diào)用方，該棧幀出棧。內(nèi)存空間被GC回收，堆里被new的那些也就被來及回收機制GC了。
全流程包括以下幾步：源碼編寫–編譯（javac編譯和jit編譯，java語法糖）—類文件被加載到虛擬機（類Class文件結(jié)構(gòu)，虛擬機運行時內(nèi)存分析，類加載機制）—-虛擬機執(zhí)行二進制字節(jié)碼（虛擬機字節(jié)碼執(zhí)行系統(tǒng)）—垃圾回收（JVM垃圾回收機制）
分別對應(yīng)我的其它7篇博客，這是該系列博客的第一篇
這就是一個java程序從編寫，編譯，到運行的全流程。各部分可參考的我同系列的博文鏈接，這里再次感謝這篇博文所講，讓我茅塞頓開http://www.cnblogs.com/dqrcsc/p/4671879.html
