摘要：今日最佳對于程序員而言，所謂的二八定律指的是花百分之八十的時間去學(xué)習(xí)日常研發(fā)中不常見的那百分之二十的原理。

【今日最佳】對于程序員而言，所謂的二八定律指的是 花百分之八十的時間去學(xué)習(xí)日常研發(fā)中不常見的那百分之二十的原理。

據(jù)說阿里某程序員對書法十分感興趣，退休后決定在這方面有所建樹。于是花重金購買了上等的文房四寶。

一日，飯后突生雅興，一番磨墨擬紙，并點(diǎn)上了上好的檀香，頗有王羲之風(fēng)范，又具顏真卿氣勢，定神片刻，潑墨揮毫，鄭重地寫下一行字：hello world。

當(dāng)然了，這是個專屬程序員的段子哈哈哈。

那么問題來了，寫了這么久的Hello World，大家確定自己了解自己寫的東西背后是什么原理嗎？(o???)

【給出2分鐘，該知識點(diǎn)涉及到了Java程序執(zhí)行流程，包括編譯、加載和執(zhí)行，你是否能夠理清呢？】

接下來進(jìn)入嚴(yán)肅時間 (＠￣ー￣＠)

public class Main {

    private static String word = "Hello World!";

    public static void main(String[] args) {
        new Main().say();
    }

    private void say() {
        System.out.println(word);
    }
}

整個代碼的執(zhí)行過程可以分為三個階段：

代碼編譯

類加載

類執(zhí)行

代碼編譯的作用就是將我們編寫的 Main.java文件轉(zhuǎn)化為Main.class文件，.class在這里又被稱為字節(jié)碼文件，打開就是一堆的火星文【反正就是看不懂】，在這里我們可以將編譯的過程看作生產(chǎn)JVM原料的過程，使用的工具就是jdk提供的工具javac。
大致流程如下：

詞法分析，即將源代碼的字符流轉(zhuǎn)變?yōu)門oken集的過程。白話文描述下，就是在我們實際編程中，單個字符是最小單位，而實際上在編程過程中，標(biāo)記才是最小單位，如關(guān)鍵字、變量名、字面量、運(yùn)算符等都可以成為Token，貌似還是有點(diǎn)蒙蔽，舉個例子(＞﹏＜)，比如整型int在我們編程中它就是三個字符組成的，就是i、n、t 三個字符，而在編譯過程中它就是一個Token，不可拆分。

這個過程對我們來說其實是完全屏蔽的，但是實際上它是現(xiàn)代經(jīng)典編譯原理的
套路，詞法分析也是為了給后面編譯做準(zhǔn)備的】

語法分析，通過詞法分析拿到Token集后，下一步就是構(gòu)建抽象語法樹了，所謂的抽象語法樹其實就是一種用來描述程序代碼語法結(jié)構(gòu)的樹形表示方式，其中語法樹的每一個節(jié)點(diǎn)都代表著程序代碼中的一個語法結(jié)構(gòu)，如包、類型、修飾符、運(yùn)算符等。

在我們眼中，Main.java已經(jīng)可以清晰理解到底寫的是什么東西了，但是對于JVM來說還是一臉懵逼的，所以才需要構(gòu)建成語法樹，在這一步后就不會再對源碼文件進(jìn)行操作了，后續(xù)的操作都建立在抽象語法樹上

填充符號表，符號表是由一組符號地址和符號信息構(gòu)成的表格，這個表格在編譯的不同階段都會被用到，如在目標(biāo)代碼生成階段，會對符號名進(jìn)行地址分配，而符號表就是地址分配的依據(jù)。

語義分析，語義分析階段也可以說是語義檢測階段，上面說到語法分析會構(gòu)建一棵語法樹，那么這棵語法樹是否是正確合理的，就由語義分析來做了，語義分析會通過標(biāo)注檢查和數(shù)據(jù)及控制流分析檢查兩步入手，在生成字節(jié)碼的最后一步信息把關(guān)。

字節(jié)碼生成，這是javac編譯過程的最后一個階段了，字節(jié)碼生成階段并不只是簡簡單單的將前面各個步驟生成的信息轉(zhuǎn)化成字節(jié)碼然后放入磁盤中，還進(jìn)行了少量的代碼添加和轉(zhuǎn)換工作，如我們自己重載的構(gòu)造函數(shù)。

編譯期到這里就結(jié)束了，那么由誰來將這些原料傳輸給JVM虛擬機(jī)呢？這個時候就要看看類加載的過程了。

類加載簡單來說就是將由類加載器將編譯后的字節(jié)碼文件【Main.class】加載到虛擬機(jī)中
，那么自然而然的，要先介紹下四種類加載器

說說四種類加載器

可以從上圖中看出，類加載器可以分為四種，而第四種是由我們自己實現(xiàn)的，那么其他三種由JVM提供的類加載在我們啟動該Main程序的過程中起到了什么作用呢？

首先說說啟動類加載器 Bootstrap ClassLoader ，啟動類加載器的作用主要是加載 %JAVA_HOME%jrelibrt.jar 類庫，將其加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中，那么rt.jar類庫到底有什么作用呢？rt.jar下包含了Java的基礎(chǔ)類庫，也就是Java doc里面看到的所有的類的class文件，感興趣的朋友可以自己打開目錄看下。

其次是擴(kuò)展類加載器 Extension ClassLoader ，擴(kuò)展類加載器的作用主要是負(fù)責(zé)加載JAVA_HOMEjrelibext目錄下的所有類庫，主要是載入擴(kuò)展包。

再者是系統(tǒng)類加載器 Application ClassLoader， 也稱之為應(yīng)用程序類加載器，負(fù)責(zé)加載用戶類路徑(也就是我們配置的CLASSPATH)上所指定的類庫，是應(yīng)用程序中默認(rèn)的類加載。

看完以上三個類加載器的簡單描述過程，是不是有種終于知道了我們配置的jdk環(huán)境的最終作用了吧，是的，就是讓類加載器識別到后加載各種類庫。

那么問題來了？是哪個類加載器加載了我們的Hello World程序呢？是的，就是應(yīng)用程序中默認(rèn)的類加載器 Application ClassLoader。

知道了類加載器后，那接下來總要了解下類加載器怎么加載的吧？

說說類加載的過程

網(wǎng)上找了張圖片，簡單明了。雖說是簡單明了，不過確實異常重要的，因為是面試熱點(diǎn)(????)

其實就是上文說到的系統(tǒng)類加載器 Application ClassLoader將編譯后的Main.class文件加載到內(nèi)存中。

【思考】拋出個問題，所謂的加載到內(nèi)存中，我們都知道JVM把內(nèi)存分成了幾大模塊，那么請問是加載到哪個模塊中？熱點(diǎn)面試題，答案見文末！

鏈接中包含了三部曲，總的作用就是負(fù)責(zé)將Main.class的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到JRE中。

關(guān)于三部曲，其實很好理解；

首先是驗證階段，類加載器將二進(jìn)制字節(jié)流加載到虛擬機(jī)中，肯定是需要進(jìn)行驗證的，避免危害虛擬機(jī)自身安全，而這也是驗證階段存在的價值；

接下來是準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并且設(shè)置類變量默認(rèn)值的地方，比如上面HelloWorld程序中的

private static String word = "Hello World!";

注意我描述的第一個是類變量，也就是static所描述的變量，其次是默認(rèn)值，也就是上面的word的默認(rèn)值null，如果是數(shù)字則為0。

最后是解析階段，解析階段的作用主要是將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程，解析階段其實有點(diǎn)難理解，至少是比上面的兩個階段要難理解的，我這里盡量直白點(diǎn)；

所謂的符號引用指的是包含了類的信息、方法名、方法參數(shù)等信息的字符串，而當(dāng)?shù)谝淮芜\(yùn)行時，JVM會根據(jù)這行字符串去檢索到對應(yīng)的方法入口，而為了下次不用再做同樣的檢索，在第一次運(yùn)行的時候就會將符號引用替換成直接引用，這樣后面就可以省去一定的消耗了；這里的直接引用其實就是指偏移量，虛擬機(jī)可以通過偏移量直接找到方法入口，不再需要做檢索了。

初始化
終于來到初始化階段了，上面我們有說到word默認(rèn)值是null，是系統(tǒng)賦的默認(rèn)值，而在初始化階段，則是根據(jù)我們?nèi)藶榈某跏蓟愖兞亢推渌Y源，比如上面的word則被我初始化成了"Hello World!"。

上面說到Main.class被加載到了Java虛擬機(jī)內(nèi)存中，那么接下來便是執(zhí)行的過程了。那么由誰來執(zhí)行這一過程呢？
如圖

實際上，一個Java虛擬機(jī)在運(yùn)行的時候可以劃分為三個子系統(tǒng)：

類加載子系統(tǒng)

執(zhí)行引擎子系統(tǒng)

垃圾收集子系統(tǒng)

很明顯、很清晰，圖中的類加載子系統(tǒng)在上面已經(jīng)談了，執(zhí)行引擎子系統(tǒng)就是負(fù)責(zé)執(zhí)行這一部分的，那么過程是怎么樣的呢？

其實很簡單，執(zhí)行引擎會把字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼【what？竟然還要轉(zhuǎn)換。拜托<(ˉ^ˉ)>，字節(jié)碼是被JVM識別的語言，字節(jié)碼才是最終被操作系統(tǒng)識別的語言】

然后操作系統(tǒng)才可以真正調(diào)用，很多學(xué)或者做Java的人都聽過JIT，但是都不知道具體是干嘛的，沒錯說的就是你。

這里終于可以解釋下了，字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼的翻譯工作使用的就是JIT（Just In Time）即時編譯器（對熱代碼整段編譯）和Java字節(jié)碼解釋器（一行一行解釋字節(jié)碼）來完成的。
這里給下JIT編譯的工作流程：

JVM字節(jié)碼 -> 機(jī)器無關(guān)優(yōu)化 -> 中間代碼 -> 機(jī)器相關(guān)優(yōu)化 -> 中間代碼 -> 寄存器分配器 -> 中間代碼 -> 目標(biāo)機(jī)器碼生成器 -> 目標(biāo)機(jī)器碼

最后執(zhí)行引擎會找到main()這個入口方法，并且執(zhí)行其中的字節(jié)碼指令。

最后，關(guān)于HelloWorld執(zhí)行過程，基本上闡述完畢了，關(guān)于執(zhí)行程序期間，JVM內(nèi)存分配問題，是一個比較大的模塊，欲知詳情，請關(guān)注公眾號，我們下次再聊?。。?/p>

【思考解惑】加載階段完成后，虛擬機(jī)會將Main.class的二進(jìn)制字節(jié)流按照虛擬機(jī)所需的格式存儲在方法區(qū)之中，然后在內(nèi)存中實例化一個java.lang.Class類的對象，作為程序訪問方法區(qū)中的這些類型數(shù)據(jù)的外部接口，實例化后的java.lang.Class類的對象也是存放在方法區(qū)中的。

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