java之java代码的执行机制

Posted 2020-10-04

要在JVM中执行java代码必须要编译为class文件，JDK是如何将Java代码编译为class文件，这种机制通常被称为Java源码编译机制。

1、JVM定义了class文件的格式，但是并没有定义如何将java源码编译为class文件，各个厂商在实现JDK时候通常会将符合java语言规范的源码编译为class文件的编译器，如JDK就是javac

javac编译生成class文件的步骤如下：

1、分析和输入到符号表 (Parse and Enter )

Parse过程所做的为词法和语法分析，词法分析(com.sun.tools.javac.parser.Scanner)要完成的是将代码字符串转变为token序列（例如Token.EQ(name：=)）；语法分析(com.sun.tools.javac.parser.Parser)要完成的是根据语法由token序列生成抽象语法树。

Enter(com.sun,tools,javac.comp.Enter)过程为将符号输入到符号表，通常包括确定类的超类型和接口，根据需要添加默认构造器，将类中出现的符号输入类自身的符号表中等。

2、注解处理（Annotation Processing）

该步骤主要用于处理用户自定的Annotation，可能带来的好处是基于annotation来生成附加的代码或进行一些特殊的检查，从而节省一些共用的代码的编写，例如当采用Lombok时，可大大减少代码量，编译是引入Lombok对实体进行编译后，再通过javap查看class文件，发现自动成get set toString等方法，此功能基于JSR269,在JDK1.6中提供支持，在Annotation Processing进行后，再次进入Parse and Enter步骤

3、语义分析和生成class文件(Analyse and Generate)

Analyse步骤基于抽象语法树进行一系列的语法分析，包括将语法树中的名字，表达式等元素与变量，方法，类型等联系在一起，检查变量使用前是否声明，推导泛型方法的类型参数，检查类型匹配性，进行常量折叠；检查所有语句都可到达，检查所有checked exception都被捕捉或者抛出，检查变量的确定性赋值(如有返回值的方法必须定有返回值)；检查变量的确定性不重复赋值(例如声明为final的变量)；解除语法糖(消除if(false) )形式的无用代码；将泛型Java转为普通的Java，将含有语法糖的语法树改为含有简单语言结构的语法树，例如for each循环，自动装箱，拆箱等

在完成语义解析后，开始生成class文件(com.sun.tools.javac.jvm.Gen)生成的步骤，首先将实例成员初始化器手机到构造器中，将静态成员初始化器手机为<cinit>();接着将抽象语法树生成字节码，采用的方法为后序遍历语法树，并进行最后的少量代码转换（例如String相加转变为StringBuilder操作）；最后从符号表生成class文件。

生成class文件除了javac之外，还可以通过ECJ(Eclipse compiler for java) 或者是Jikes等编译器来将Java源码编译为class文件。

class文件不仅仅存放了字节码，还存放了很多辅助JVM来执行class的附加信息，一个class文件包括

-结构信息

包括class文件格式版本号及各部分的数量和大小信息

-元数据

简单的说可以认为是方法信息对用的java源码中语句，表达式对应的信息，主要有字节码，异常处理表，求值栈与局部变量区大小，求值栈的类型记录，调试用符号信息。