架构师强推学习Java虚拟机和垃圾回收基础知识：Java代码执行过程-程序员宅基地

Java代码执行过程介绍

正如大家所熟知的，在Windows系统上执行一个应用非常简单，直接双击应用就可以执行。然而从源代码到可执行程序（也称为应用）的过程相当漫长，以C/C++语言为例，首先程序员需要根据功能开发相应的代码，待开发完成后需要将代码编译成目标文件，目标文件经过链接形成可执行文件（或应用）。可执行文件是指操作系统（Operation System，OS）可以识别的文件格式，OS加载文件后就可以运行相应的程序。

而Java语言的执行过程和C/C++语言有所不同，主要原因是Java代码的执行依赖JVM。在Java程序执行时，JVM相当于OS，会负责Java程序的加载、链接、编译、执行等工作。

虽然Java语言的执行过程不同于C++的执行过程，但是在执行层面两者还是有一些共同点的，主要原因是C++和Java都是面向对象语言，都支持封装、继承和多态。本章首先介绍C语言是如何执行的，然后介绍编译器在执行层面是如何支持C++语言特性的，最后介绍JVM是如何执行Java代码的。

代码执行过程概述

Java代码是如何被执行的？要回答这个问题并不容易。一般来说，代码的执行有两种模式：解释执行和编译执行。解释执行指的是解释器读取源代码，逐行解释代码，生成目标机器代码并执行；编译执行指的是编译器首先把源代码编译成目标机器代码，然后链接成可执行文件，最后由OS负责执行可执行文件。

Java代码的执行过程更为复杂。Java代码在执行之前首先编译成字节码（ByteCode，简称BC，是一种中间语言表示），然后由JVM执行字节码。字节码的执行是一个非常复杂的过程，涉及字节码的解释、编译，以及解释/编译代码的执行，这些工作均由JVM来完成。为了能够更好地了解JVM的工作原理，首先需要了解一下C、C++语言的编译执行过程。

本节主要介绍程序的执行方式，后文再详细介绍不同语言的执行过程。

编译执行

编译执行最典型的代表是C/C++语言。C/C++源代码首先由编译器进行编译，不同系统/平台的编译器不同，编译器根据代码执行的目标平台产生目标机器文件。

链接器对目标机器文件进行链接，链接包括动态链接和静态链接。链接后形成可执行文件，不同系统有不同的可执行文件格式，如在Windows中使用PE（Portable Executable）格式、在Linux中使用ELF（Executable andLinkable Format）等格式。

执行可执行文件，如在Windows中双击EXE文件（文件格式为PE格式），操作系统会创建新的进程/线程执行代码。程序的执行过程涉及程序的加载、链接、执行等工作。

18C/C++程序执行流程如图1-1所示。

图1-1 编译执行流程

解释执行

采用解释执行的语言也非常多，一些常用的脚本语言（如Python）就是解释执行。Python代码被编译成字节码，然后由解释器针对字节码进行解释执行。解释执行和编译执行最大的区别在于是否存在目标机器文件，显然，解释执行中并没有产生目标机器文件。

混合执行

解释执行实现简单，通常启动也比较快，但是性能低下；编译执行需要强大的编译器支持，编译实现复杂，但性能较高。混合执行融合解释执行和编译执行的优点（实际上混合执行还可以引入新的编译优化方式，即大家所熟知的Just-In-Time优化），程序在执行过程中既存在解释执行也存在编译执行，最典型的代表就是Java语言的执行。Java的执行过程可以概括为：

1）Java源代码首先由编译工具javac编译成字节码，字节码有固定的文件格式，称为Class文件，该类型的文件可以跨操作系统执行。

2）启动JVM（不同的系统JVM不同），JVM加载字节码，解释执行字节码。在解释执行的过程中如果发现字节码（更准确地说是字节码片段，如一个函数或者一个循环代码）执行频次高，会尝试将字节码直接编译成目标机器代码，待编译完成后使用编译优化后的机器代码替代解释执行。

Java程序的执行过程如图1-2所示。

图1-2 混合执行流程

比较图1-1和图1-2，可以看到JVM做了链接器的工作，还因为JVM也做了编译工作，所以实质上它也包含了编译器。另外，JVM还做了操作系统的部分工作，例如对资源的管理等。

本文链接：https://blog.csdn.net/2401_83384536/article/details/137962049

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