一、Java源文件的編譯、下載、解釋和執行

1. 執行java程序的步驟：

Java源文件（程序員編寫的*.java文件），使用javac編譯生成*.class文件（字節碼文件），然后使用java解釋執行生成特定平臺的機器碼。

2.java解釋執行過程分為代碼的裝入、代碼的校驗、代碼的執行

2.1 代碼的裝入：由類加載器（class loader）完成。

類加載器負責加載運行一個程序所需要的所有代碼，包括繼承的類和被其調用的類。該類被放在自己的名字空間里，除了通過符號引用自己名字空間以外的類，類之間是沒有辦法可以相互影響。在本機上的所有類都在同一地址空間內，所有從外部引進來的類都有一個自己獨立的名字空間。這使得本地類可通過共享相同的名字空間而獲得較高的運行效率，同時又保證它們與從外部引進類不會相互影響。當裝入了運行程序需要的所有類后，解釋器便可確定整個可執行程序的內存布局。解釋器為符號引用而同特定的地址空間建立對應關系及查詢表。通過在這一階段確定代碼的內存布局，Java很好地解決了由超類（父類）改變而使子類崩潰的問題，同時也防止了代碼對地址的非法訪問。

2.2 代碼的校驗：校驗器可發現操作數棧溢出，非法數據類型轉化等多種錯誤。通過了校驗后，代碼便可開始執行了。

2.3 代碼的執行：即時編譯、解釋執行兩種方式

即時編譯：解釋器先將字節碼編譯成機器碼，然后再執行該機器碼。解釋執行：解釋器通過每次解釋并執行一小段代碼來完成java字節碼的所有操作。由于JVM規格描述具有足夠的靈活性，這使得將字節碼翻譯為機器碼的工作具有較高的效率。對于運行速度要求較高的應用程序，解釋器可將java字節碼即時編譯為機器碼，從而保證了java代碼的可移植性和高性能。

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二、JVM規格描述

JVM定義了，控制Java代碼解釋執行和具體實現的五種規格，它們是： JVM指令系統，JVM寄存器，JVM棧結構，JVM碎片回收堆，JVM存儲區。
1. JVM指令系統：

Java指令，也是由操作碼和操作數兩部分組成。操作碼為8位的二進制數，操作數據緊隨在操作碼后。Java指令系統包含了用于調用方法和監視多線程系統的指令，由于長度為8位，所以JVM最多有256種指令，目前已使用了160多種操作碼。

2.JVM寄存器：

寄存器是內存的最頂端，也是系統獲取操作資料的最快途徑。它是中央處理器的組成部分，是存儲容量有限高速存儲部件。寄存器可用來暫存指令、數據和地址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序計數器(PC)。在中央處理器的算術及邏輯部件中，存器有累加器(ACC)。寄存器的基本單元是 D觸發器，按照其用途分為基本寄存器和移位寄存器。基本寄存器是由 D觸發器組成，在 CP 脈沖作用下，每個 D觸發器能夠寄存一位二進制碼。在 D=0 時，寄存器儲存為 0，在 D=1 時，寄存器儲存為 1。 寄存器的功能十分重要，CPU對存儲器中的數據進行處理時，往往先把數據取到內部寄存器中，而后再作處理。外部寄存器是計算機中其它一些部件上用于暫存數據的寄存器，它與CPU之間通過"端口"交換數據，外部寄存器具有寄存器和內存儲器雙重特點。有些時候我們常把外部寄存器就稱為"端口"，這種說法不太嚴格，但經常這樣說。外部寄存器雖然也用于存放數據，但是它保存的數據具有特殊的用途。某些寄存器中各個位的0、1狀態反映了外部設備的工作狀態或方式;還有一些寄存器中的各個位可對外部設備進行控制;也有一些端口作為CPU同外部設備交換數據的通路。所以說，端口是CPU和外設間的聯系橋梁。CPU對端口的訪問也是依據端口的"編號"(地址)，這一點又和訪問存儲器一樣。不過考慮到機器所聯接的外設數量并不多，所以在設計機器的時候僅安排了1024個端口地址，端口地址范圍為0--3FFH。

JVM只設置了4個最為常用的寄存器。它們是：

pc程序計數器, optop操作數棧頂指針 frame當前執行環境指針 vars指向當前執行環境中第一個局部變量的指針 所有寄存器均為32位。pc用于記錄程序的執行。optop,frame和vars用于記錄指向Java棧區的指針。

3. JVM棧結構

作為基于棧結構的計算機，Java棧是JVM存儲信息的主要方法。當JVM得到一個java字節碼應用程序后，便為該代碼中一個類的每一個方法創一個棧框架，用來保存該方法的狀態信息。每個棧框架包括以下三類信息：局部變量執行環境操作數棧 局部變量：用于存儲一個類的方法中所用到的局部變量。Vars寄存器指向該變量表中的第一個局部變量。執行環境：它是執行一個方法的控制中心，用于保存解釋器對java字節碼進行解釋過程中所需要的信息（它們是：上次調用的方法、局部變量指針、操作數棧的棧頂指針和棧底指針）。

4. JVM碎片回收堆

Java類的實例所需的存儲空間是在堆上分配的。解釋器承擔著為實例分配空間的工作。解釋器為一個實例分配完空間后，便開始記錄該實例對所占內存的使用情況，一旦使用完畢，便將其回收到堆中。

5． JVM存儲區：常量緩沖池、方法區

常量緩沖池：用于存儲類名稱、方法、字段名及串常量。 方法區：用于存儲java方法的字節碼。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java源文件的编译、下载、解释和执行的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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