java运行时原理是什么意思 java工作原理

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java工作原理

Java工作原理

由四方面组成：

（1）Java编程语言

（2）Java类文件格式

（3）Java虚拟机

（4）Java应用程序接口

当编辑并运行一个Java程序时，需要同时涉及到这四种方面。使用文字编辑软件（例如记事本、写字板、UltraEdit等）或集成开发环境（Eclipse、MyEclipse等）在Java源文件中定义不同的类，通过调用类（这些类实现了Java API）中的方法来访问资源系统，把源文件编译生成一种二进制中间码，存储在class文件中，然后再通过运行与操作系统平台环境相对应的Java虚拟机来运行class文件，执行编译产生的字节码，调用class文件中实现的方法来满足程序的Java API调用。

什么是JVMJava跨平台的原理是什么

首先我们要理解什么是跨平台，所谓的跨平台就是JAVA写的一份代码可以在任意的操作系统平台上运行。

为什么跨平台会成为一个问题呢？因为每一个操作系统平台支持不同的指令集我们所写的代码经过编译之后只能适用于一个平台，换一个平台就不支持了。而JAVA完美的解决了这个问题。

Java的一大特色就是“write once, run anywhere”即“一次编译，到处运行”。就是说你不用专门为每个平台写一份代码，你写的Java程序在任何平台都能跑起来。

它的实现原理是在系统层面上又增加了一层虚拟机（Java Virtual Machine，简称JVM），且为每个平台都定制了对应的虚拟机。然后Java程序是在虚拟机上跑的，因此平台无关。

Java的运行流程是：程序员写了源代码（Source Code，.java后缀，跨平台），然后经过编译器编译成字节码（Byte Code，.class后缀，二进制文件），字节码是所有虚拟机都能理解的中间文件。然后交给虚拟机（每个平台都有对应的虚拟机）去运行。

所以对“write once, run anywhere”更准确的理解是，“一次编译，到处装虚拟机，所以到处运行”。

整个流程如下图所示。

java是什么意思

“什么是Java？”

Java，由Sun Microsystems公司于1995年5月推出，它是一种可以编写跨平台应用软件、完全面向对象的程序设计语言。

不仅吸收了C++语言的各种优点，还摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念，因此Java语言具有功能强大和简单易用两个特征。

20世纪末，硬件领域出现了单片式计算机系统，这种系统价格低廉，立即引起了研究人员的注意，由于C++程序过于复杂和庞大，研究人员开发了一种称为Oak的面向对象语言。这是Java的雏形。

1995年，业界为了使单调的静态网页能够“灵活”起来，急需开发一种程序。这时，Sun公司想起了那个被搁置很久的Oak，并将Oak更名为Java，它语言精简，程序非常小，适合在网络上传输。

1995年5月，Sun公司正式发布Java。从此Java一路披荆斩棘，在经历20多年的发展之后依然长盛不衰，常年雄踞各大编程语言排行榜第一位，这也凸显了其在IT技术领域的绝对统治力。

●程序员，穿梭在各种软件开发之间；

●架构师，参加大型项目的实现；

●网站开发，把若干个页面组成集合；

●游戏开发，在以前诺基亚还很流行的时候，手机游戏有90%以上都是Java开发的；

......

除此之外还可以做嵌入式设备、消费类电子产品开发、桌面程序等工作。

Java技术作为互联网的中流砥柱，其应用范围之多，就业岗位之多，堪称第一。

Java技术几乎无处不在，只要有使用到电子产品的地方，就会和Java挂钩。

近年，我国互联网发展尤为迅速，外卖、电商、短视频等各类产品层出不穷。其中，推动我国互联网飞速发展，网民规模持续增长离不开一批中国程序员在背后的辛苦工作。

1.Java在我国的招聘情况：

以某招聘网站为例：

2.Java程序员薪资范围分布图：

从上图我们可以看到，超过半数的资深程序员年薪在20万以上，并且有近 40%的资深程序员年薪在 25- 50万之间。

3.程序员也是一门“铁饭碗”

2018年下半年开始，很多互联网公司大面积裁员，大家都说“资本寒冬”到来，但是从调查结果中可以看到90.9％的程序员“根本没在怕的”！

Java能做的事情很多，涉及到编程领域的各个方面，从电子商务网站到 Android应用，从科学应用到金融应用，从游戏到桌面应用等等。

● Android应用

打开你的安卓手机和任何一款App，他们都是使用Java语言开发的。

市场上见到的手机系统，例如MIUI，阿里云，乐蛙等，都是修改源代码再发行的。

●金融业应用的服务器程序

因Java的安全性比较高，使其在金融服务业方面的应用广泛。

大部分银行和第三方交易系统均用Java开发前台和后台电子交易系统以及数据处理项目等等。

● Web应用

Java语言在电子商务领域以及网站开发的领域都占据了一定的位置。开发人员可以用不同的框架来创建web项目。

时常被应用在各个政府部门如科学技术部、国家安全部、文化部等部门。

● J2ME应用

有一段时间，安卓上可用的游戏、软件几乎全部是用MIDP、CLDC，他们是J2ME平台的一部分。

●大数据技术

Hadoop以及其他大数据处理技术很多都是用Java，例如Apache的基于Java的HBase和Accumulo以及 ElasticSearchas。

●嵌入式领域

Java在嵌入式领域的发展有着广阔的空间。在这样平台上，只需130KB就可以很好使用Java技术。

●逻辑思维能力强

对于Java来说所有功能都是通过编写代码实现的，需要开发人员具备较强的逻辑性和运算性。

●端正心态、踏实耐心

在平时的工作中会有一大部分时间是花费在解决bug上，在遇到问题后一遍遍的排查代码，所以拥有良好的心态也是必不可少的优势。

●不断学习的能力

随着科技的发展会不断出现各种新型的技术，开发人员需要及时的关注这些新技术并且转化为自己技能。

java虚拟机工作原理

从宏观上介绍一下Java虚拟机的工作原理。从最初编写的Java源文件（.java文件）是如何一步步执行的，如下图所示，首先Java源文件经过前端编译器（javac或ECJ）将.java文件编译为Java字节码文件，然后JRE加载Java字节码文件，载入系统分配给JVM的内存区，然后执行引擎解释或编译类文件，再由即时编译器将字节码转化为机器码。主要介绍下图中的类加载器和运行时数据区两个部分。

（1）类加载指将类的字节码文件（.class）中的二进制数据读入内存，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆上创建java.lang.Class对象，封装类在方法区内的数据结构。类加载的最终产品是位于堆中的类对象，类对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向JAVA程序提供了访问方法区内数据结构的接口。如下是类加载器的层次关系图。

启动类加载器（BootstrapClassLoader）：在JVM运行时被创建，负责加载存放在JDK安装目录下的jre\lib的类文件，或者被-Xbootclasspath参数指定的路径中，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.*开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载）。启动类无法被JAVA程序直接引用。

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：该类加载器负责加载JDK安装目录下的\jre\lib\ext的类，或者由java.ext.dirs系统变量指定路径中的所有类库，开发者也可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器（AppClassLoader）：负责加载用户类路径（Classpath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有定义过自己的类加载器，该类加载器为默认的类加载器。

用户自定义类加载器（User ClassLoader）：JVM自带的类加载器是从本地文件系统加载标准的java class文件，而自定义的类加载器可以做到在执行非置信代码之前，自动验证数字签名，动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类，从特定的场所（数据库、网络中）取得java class。

注意如上的类加载器并不是通过继承的方式实现的，而是通过组合的方式实现的。而JAVA虚拟机的加载模式是一种委派模式，如上图中的1-7步所示。下层的加载器能够看到上层加载器中的类，反之则不行。类加载器可以加载类但是不能卸载类。说了一大堆，还是感觉需要拿点代码说事。

首先先定义自己的类加载器MyClassLoader，继承自ClassLoader，并覆盖了父类的findClass(String name)方法，如下：

利用定义的类加载器加载指定的字节码文件，如通过MyClassLoader加载C:\\Users\\Administrator\\下的Test.class字节码文件，代码如下所示：

（2）运行时数据区

字节码的加载第一步，其后分别是认证、准备、解析、初始化，那么这些步骤又具体做了哪些工作，如下图所示：

（3）如下将介绍运行时数据区，主要分为方法区、Java堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。其中方法区和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的内存区。

Java堆：Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，被进程的所有线程共享，在虚拟机启动时被创建。该区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存，随着JIT编译器的发展与逃逸分支技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换等优化技术使得对象在堆上的分配内存变得不是那么“绝对”。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。由于现在的收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以分为老年代和新生代(Eden、From Survivor、To Survivor)。根据Java虚拟机规范，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，只要逻辑上连续即可。该区域的大小可以通过-Xmx和-Xms参数来扩展，如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区：用于存储被Java虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。不同于Java堆的是，Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，可以选择不实现垃圾收集。但并非数据进入了方法区就“永久”存在了，这区域内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。如果该区域内存不足也会抛出OutOfMemoryError异常。

常量池：这个名词可能大家也经常见，是方法区的一部分。Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。Java虚拟机运行期间，也可能将新的常量放入常量池（如String类的intern()方法）。

虚拟机栈：线程私有，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。如果请求的站深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常，虚拟机栈在动态扩展时如果无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

过最简单的一段代码解释一下，程序在运行时数据区个部分的变化情况。

（4）通过编译器将Test.java文件编译为Test.class，利用javap-verbose Test.class对编译后的字节码进行分析，如下图所示：

（5）看看运行时数据区的变化：

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