Java程序的运行原理是什么

这篇文章将为大家详细讲解有关Java程序的运行原理是什么，文章内容质量较高，因此小编分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后对相关知识有一定的了解。

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class文件内容

class文件包含Java程序执行的字节码
数据严格按照格式紧凑排列在class文件的二进制流，中间无分割符
文件开头有一个0xcafebabe(16进制)特殊的标志
JVM运行时数据区

线程独占: 每个线程都会有它独立的空间,随线程的生命周期而创建和销毁
线程共享: 所有线程都能访问这块内存数据,随虚拟机或GC而创建和销毁
方法区
方法区是各个线程共享的内存区域
用于存储已被虚拟机加载的类信息, 常量,静态变量, 即时编译后的代码等数据
虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分, 但它却有一个别名叫Non-Heap, 目的应该是与Java堆区分开来
Oracle的Hotspot虚拟机在Java7中方法区放在’永久代’(Permanent Generation), Java8放在元数据空间, 并且通过GC机制对这个区域进行管理
运行时常量池是方法区的一部分
Java堆
Java堆是被所有共享的一块内存区域, 在虚拟机启动时创建
存放对象的实例
垃圾收集器的主要管理区域
Java堆还可以细分为: 新生代和老年代, 新生代又可以细分为Eden 空间, From Survivor空间和To Survivor空间
空间满了会抛OutOfMemoryError

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的, 它的生命周期与线程相同
Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型: 每个方法被执行的的时候都会同时创建一个栈帧(栈帧是方法运行时的基础数据结构)用于存储局部变量表, 操作栈, 动态链接, 方法出口等信息.
栈内存默认最大是1M, 超出则抛出StackOverFlowError

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的功能类似, 虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法而准备的, 本地方法栈是为虚拟机使用Native本地方法而准备的
Hotspot虚拟机中虚拟机栈与本地方法栈的实现方式一样, 超出大小后也会抛StackOverFlowError

程序计数器

程序计数器是线程私有的一块较小的内存空间
记录当前线程执行的字节码位置, 存储的是字节码指令地址, 如果执行Native方法, 则计数器为空

CPU同一时间, 只会执行一条线程的指令. JVM多线程会轮流切换并分配CPU的执行时间的方式. 为了线程切换后, 需要通过程序计数器来恢复正确的执行位置

查看class文件内容

使用Demo.Java进行测试, 运行javac Demo.java编译成class文件, 然后运行javap -v Demo.class > Demo.txt查看class文件内容
Demo.Java

public class Demo{
 public static void main(String[] args){
     int x = 500;
     int y = 100;
     int a = x / y;
     int b = 50;
     System.out.println(a + b);
 }
}

Demo.txt

Classfile /E:/*/Demo.class
Last modified 2019-6-30; size 412 bytes
MD5 checksum efd785af33e58aa9fc9834110b74b87b
Compiled from "Demo.java"
public class Demo
minor version: 0      //次版本号  major version: 52       //主版本号 版本号规则: JDK5,6,7,8分别对应49,50,51,52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER    //访问标志Constant pool:    // 常量池 类信息包含的静态常量, 编译之后就能确认   #1 = Methodref          #5.#14         // java/lang/Object."":()V
#2 = Fieldref           #15.#16        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#3 = Methodref          #17.#18        // java/io/PrintStream.println:(I)V
#4 = Class              #19            // Demo
#5 = Class              #20            // java/lang/Object
#6 = Utf8               
#7 = Utf8               ()V
#8 = Utf8               Code
#9 = Utf8               LineNumberTable
#10 = Utf8               main
#11 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
#12 = Utf8               SourceFile
#13 = Utf8               Demo.java
#14 = NameAndType        #6:#7          // "":()V
#15 = Class              #21            // java/lang/System
#16 = NameAndType        #22:#23        // out:Ljava/io/PrintStream;
#17 = Class              #24            // java/io/PrintStream
#18 = NameAndType        #25:#26        // println:(I)V
#19 = Utf8               Demo
#20 = Utf8               java/lang/Object
#21 = Utf8               java/lang/System
#22 = Utf8               out
#23 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
#24 = Utf8               java/io/PrintStream
#25 = Utf8               println
#26 = Utf8               (I)V
{
public Demo();     // 默认隐式无参的构造函数    descriptor: ()V
 flags: ACC_PUBLIC
 Code:
   stack=1, locals=1, args_size=1
      0: aload_0
      1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
      4: return
   LineNumberTable:
     line 1: 0
public static void main(java.lang.String[]);    //程序的入口main方法    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
 flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC     //访问控制    Code:
   stack=3, locals=5, args_size=1      //方法栈栈帧中操作数栈的深度,本地变量数量,参数数量         0: sipush        500     //Jvm执行引擎执行这些源码编译过后的指令码, javap翻译出来的         3: istore_1            //是操作符, class 文件内存储的是指令码, 前面的数据是偏移量,
      4: bipush        100     //Jvm根据这个去区分不同的指令. 详情参照'JVM指令码表'
      6: istore_2
      7: iload_1
      8: iload_2
      9: idiv
     10: istore_3
     11: bipush        50
     13: istore        4
     15: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
     18: iload_3
     19: iload         4
     21: iadd
     22: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
     25: return
   LineNumberTable:
     line 3: 0
     line 4: 4
     line 5: 7
     line 6: 11
     line 7: 15
     line 8: 25
}
SourceFile: "Demo.java"