java是什么工作原理 java工作原理
这篇文章给大家聊聊关于java是什么工作原理，以及java工作原理对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站哦。
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。
Java中什么是JVM及其工作原理
JVM是Java程序运行的平台，它就像一台虚拟出来的计算机一样，负责执行Java编译好的字节码文件。JVM具有非常严格的实现规范，大多数操作系统都可以安装JVM，为Java语言的跨平台性起到了关键的作用。
JVM（Java虚拟机）是一个想象中的机器，在实际的计算机上通过软件模拟来实现。Java虚拟机有自己想象的硬件，堆栈，寄存器等，还具有相应的指令系统。
说明：
JVM有很多个实现，目前用的比较多得就是Sun公司提供的JRE的JVM，另外，IBM，BEA等公司都有自己的JVM实现。
Java语言的一个非常的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一个特点的关键。它就好像一张毯子，铺在具体操作系统平台的上面，垫在Java语言的下面。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码，而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需要生成在java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改的运行。Java虚拟机在执行字节码时，再把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
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：
JAVA主要是用来干什么的呢
其实，Java的内容很丰富，可以实现的功能也有很多。
我们常常说的Java，首先它是一种计算机编程语言，程序员用它来和计算机交流,把要求和设想用Java语言表达出来，这个过程就是我们所说的使用Java编程，所以我们说Java是一种计算机编程语言。为了让计算机看懂，Java会有一系列的规则和约定，这些就是Java的语法。
其次，Java是一种软件开发平台。所谓软件开发简单地理解为：编程的结果是软件或者程序，而编程的过程就是软件开发。
JAVA可以用来干什么，下面是为大家总结的主要的六点：
一、Java可以用来做网站
很多大型网站都是用JSP写的，JSP全名Java Server Pages。这是一种动态网页技术，比如我们熟悉的B站，很多政府网站都是用这个写的所以想学习Java的同学还可以负责网站方面的制作，这方面的岗位也比较多，比如:网站开发，当然就是JSP+Servlet+JavaBean，一直以来都相当流行。
二、Java可以做安卓软件
安卓是一个手机系统基于Linux的操作系统，其中源代码Java，市面上所有的安卓手机，包括小米，oppo，华为手机系统都是修改Java运行的，Java做安卓也不只是只能做系统，对于更多的程序开发人员来说，更多的时间是花在APP上，也就是手机上的各种软件都是用Java写的，Java做安卓不单单是指系统，还有APP对于更多的开发人员来说，他们更多的时间是花在开发APP上面。如果你还在寻找Java在哪运用，你不用东奔西走的寻找，你的身边就是。Android手机，随便打开一个App应用，他们就是用Java语言，从Google上搜索Android的API文档，你就会发现它和Java的JDK文档惊人的相似。
三、Java可以用来做游戏
以前诺基亚手机风靡天下的时候，上面的很多小游戏都是用Java写的，只是现在都多去开发安卓了，电脑上的大多数也是用Java来开发的，最经典的就是《我的世界》，当今世界最具影响力的游戏英雄联盟，吃鸡就是用Java写的
四、Java可以用来写软件
很多编程语言都是可以来写软件的，但Java是现在最适用最广泛的，比如企业级应用开发，这里是JAVA的天地。还有OA、邮箱、投票、金融、考试、物流、医疗、矿山等信息方面的系统，Java都占有极为重要的地位。现在国内的最热门的就是手机应用，学习Java去做手机应用还是比较吃香的，比如：企业级应用开发，这里是JAVA的天地，大到全国联网的系统，小到中小企业的应用解决方案，Java都占有极为重要的地位，另外还有移动领域，典型的应用是手机游戏(国内主要是这方面)，这里是J2ME的天地，其实应用范围是很广的。
五、Java服务器程序
Java在金融服务业的应用非常广泛，许多跨国投资银行例如：Goldman Sachs（高盛投资），Citigroup（花旗集团），Barclays（巴克莱银行）以及其他银行，都用Java来编写前台和后台的电子交易系统，结算和确认系统，数据处理项目以及其他项目。
大多数情况下，Java被用在服务器端开发，但多数没有任何前端，它们通常是从一个服务器（上一级）接收数据，处理后发向另一个处理系统（下一级处理）。
六、Java大数据技术
Hadoop以及其他大数据处理技术都是用Java或者其他，例如Apache的基于Java的 HBase和Accumulo以及ElasticSearchas。
但是Java在此领域并未占太大空间，但只要Hadoop和ElasticSearchas能够成长壮大，Java依旧还有潜力去在这个市场占据一部分。
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