Java程序的执行原理以及解释说明

在初学Java的时候，我们安装完Java的开发环境后，就可以通过记事本等编辑工具编写程序了。推荐在Windows操作系统中使用EditPlus工具进行编写。由于我使用的是Mac OS，所以，我使用Sublime Text编辑工具进行编写。

下面我们通过文本编辑工具写一个入门的“问世”程序：
HelloWorld.java

public class HelloWorld{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("HelloWorld");
    }
}

下面所写的内容都将以上面的程序为例，以Mac OS系统为操作环境。

Java的加载与执行

Java程序的运行包括两个阶段：编译阶段和运行阶段。

1. 编译阶段

这个阶段的主要任务是检查Java源程序是否符合Java语法，符合Java语法规则则能够生成正常的字节码文件（xxx.class）；不符合Java语法规则则无法生成字节码文件，并报出相应的错误。

编译阶段的过程：程序员需要创建一个以“.java”为扩展名的文件，该文件成为java源文件，源文件当中编写的内容是Java源代码/源程序，而这个源程序是不能随意编写的，必须符合Java语法规则，然后Java程序员需要使用JDK当中自带的javac命令对程序进行编译。

javac的使用规则：javac java源文件的路径

下面我们可以运行一下：

图1.png

通过上图的命令，会生成HelloWorld.class文件，如下图：

图2.png

注意：

• 字节码文件不是纯粹的二进制，这种文件无法直接在操作系统中执行，它是一种被Java虚拟机识别的机器码指令，通过Java虚拟机在操作系统中执行。
• 字节码文件是最终要执行的文件，所以说class文件生成之后，java源文件删除并不会影响java程序的执行。但是一般java源程序不要删除，因为class文件最终执行效果可能不是我们想要的，那个这个时候需要回头再重新修改java源文件，然后将java源程序重新编译生成新的class文件，然后再运行这个class程序，生成新的效果。
• javac是一个java编译器工具/命令。
• 一个源文件可以编译生成多个class文件，class文件的命名是根据类名命名的；
• 测试javac命令是否可用：javac -version，这也是检查编译器版本的命令。

2. 运行阶段

在编译阶段生成字节码文件后，我们就需要运行字节码文件执行最后的一步。

该阶段通过使用java命令实现。

java命令的使用规则：java 类名

运行阶段的过程：通过cd命令进入字节码文件所在的目录，然后执行java 类名命令。
下面我们看一下:

图3.png

通过上图，可以看到最终打印出“HelloWorld”这句话，就说明运行成功。
注意：

• 测试java命令是否可用：java -version，这也是检查Java虚拟机版本的命令；
• 在运行阶段，我们必须先进入字节码文件所在的目录，否则会报错，原因我们会在下面将要介绍的执行原理中介绍；
• java命令后面跟的是类名，不是路径，就像我们现在举例HelloWorld.java文件，它的类名是HelloWorld。

Java的执行过程以及原理

1. 通过执行java命令，会先启动JVM；
2. JVM启动后，JVM会去启动“类加载器ClassLoader”；

类加载器的作用：加载类的。本质上类加载器负责去硬盘上找“类”对应的“字节码”文件，以java HelloWorld为例，那么类加载器会去硬盘上搜索“HelloWorld.class”文件；

3. 类加载器如果在硬盘上找不到相应的字节码文件，会报错：

错误: 找不到或无法加载主类 Test

类加载器如果在硬盘上找到了对应的字节码文件，类加载器会将该字节码文件装载到JVM当中，JVM启动“解释器”将字节码解释成“1001110...”这种二进制码，操作系统执行二进制码和硬件交互。
注意：
默认情况下，类加载器会去硬盘中当前路径下找字节码文件，这里就是为什么使用java命令执行之前，需要进入字节码文件所在的目录下，否则会报错。
下面是整个程序编译和运行两个阶段的逻辑图：

图4.png

问题：能不能给类加载器指定一个路径，让类加载器去指定的路径下加载字节码文件呢？

答案是可以，但是需要设置环境变量classpath。

classpath是给类加载器指路的，属于Java特有的，我们如果配置了classpath后，类加载器只能在配置的路径下查找字节码文件，不再再当前路径下查找了。所以，我们不需要配置环境变量classpath，每次执行的时候，需要切换到字节码文件所在的路径在，然后运行。

Java程序的解释说明

• public：公共的；
• class：修饰类的关键字；
• HelloWorld：我们给类定义的名字，也叫类名；
• static：静态的；
• void：返回参数类型为void，表示可以不返回参数；
• main()：main方法；
• public static void main(String[] args)：这是固定写法，叫做main方法，也叫做主方法，是程序的入口。JVM在执行程序的时候，会主动去找main方法，没有这个规格的写法，程序是无法执行的。其中：String[] args是main方法的形式参数，args可以改变，对于主方法来说，只有这个地方可以改变，其他地方都是固定写法。

public class和class的区别

• 在一个类中，可以定义多个class类；
• 类不是必须要public修饰的，可以没有public；
• 在源文件中，只要有一个class类，编译后，必然会对应生成一个class文件，如果在一个类中，定义多个class类，编译后，也会相对应的生成多个class文件；
• public修饰的类可以没有，如果有的话，有且只有一个，public修饰的类名必须和源文件保持一致；
• 每个类都可以编写入口，执行的时候，java 具体某个类，这样就可以。但是一般一个软件只有一个入口，不会出现多个，所以，这里只适用于测试；
• 当在命令窗口中执行java HelloWorld，那么HelloWorld.class当中必须有主方法，没有主方法，虽然会编译通过，但是运行阶段会报错。

以上就是这篇文章的内容！