java类的编译、加载和执行

一、java类的编译流程

　　这里主要讲的是从java文件到class文件

　　下图是java类编译的详细步骤：

　　

　　1.词法分析：将java源代码的字符流转变为标记（Token）的集合，Token是编译过程中的最小元素，关键字、变量名、字面量、运算符都可以成为标记。如int a = b + 2 这句代码包含了6个标记，分别是int 、 a、=、b、+、2。

　　2.语法分析：将利用词法分析后的Token序列构造抽象语法树的过程。抽象语法树是一种用来描述程序语法结构的树的表现方式，语法树的每一个节点都代表程序代码中的一个语法结构，例如：包、类型、修饰符、运算符、接口、返回信息、代码注释等都是语法结构。

　　3.填充符号表：符号表是由一组符号地址和符号信息构成的表格，表中登记的信息在编译的不同阶段都要用到。在语义分析中，符号表所登记的内容将用于语义检查和产生中间代码。在目标代码生成阶段，当对符号名进行地址分配时，符号表是地址分配的依据。

　　4.注解处理器：JDK1.5加入了对注解的支持，需要在编译期间对注解进行处理。我们可以将注解处理器看作一组插件，可以修改抽象语法树中的任意元素。在处理注解的过程中，每次修改抽象语法树后，编译器将回到解析及填充符号表的过程重新处理。

　　5.语义分析：在语法分析后，编译器获得了程序代码的抽象语法树表示，语法树能够表示一个结构正确的源程序的抽象，但无法保证源程序是符合逻辑的。语义分析的主要任务就是对结构上正确的源程序进行上下文有关的性质审查。

　　　　5.1标注检查：如变量使用前是否已经被申明，变量赋值类型是否匹配。还有一个重要的动作叫常量折叠，如int i = 1+2； 在常量数上会直接标记为3。

　　　　5.2数据及控制流分析：对程序上下文的逻辑进一步验证，它可以检查出如局部变量在使用前是否赋值、方法的每条路径是否有返回、是否所有的受检异常都被正确处理了等问题。

　　　　5.3解语法糖：语法糖是在计算机语言中添加某种语法，用来提高程序的可读性，减少代码的出错机会。如泛型、变长参数、自动拆箱和装箱等。

　　6.字节码生成：字节码生成阶段不仅仅把前面各个步骤生成的信息（语法树、符号表）转化为字节码写到磁盘中，编写器还进行了少量的代码添加和转换工作。最后输出字节码

　

二、虚拟机的类加载机制

　　1.虚拟机把描述类的class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

　　2.类加载过程：

　　　　分别是加载、验证、准备、解析、初始化。其中验证、准备和解析统称为连接；这些步骤中加载、验证、准备、初始化的顺序是确定的，而解析阶段则可能在初始化之后。

　　　　

　　　　

　　　　2.1、加载：在加载阶段，虚拟机只需要完成下面三件事

　　　　　　2.1.1、通过类的全限定名来获取定义此类的二进制流。

　　　　　　　　java虚拟机并没有规定从哪加载二进制流，可以是压缩包中，可从网络中，可用从数据库中，也可以是计算机运算生成（动态代理产生的代理类）等。

　　　　　　2.1.2、将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

　　　　　　　　虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区中，方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自定义。

　　　　　　2.1.3、在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

　　　　　　　　这里并没有规定存在java堆中，在HotSpot中它是存储在方法区里面。

　　　　2.2、验证：验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害到自身的安全

　　　　　　验证大致会分为4个阶段的校验动作：

　　　　　　2.2.1、文件格式验证：主要验证字节流是否符合Class文件的规范，并且能够被当前版本的虚拟机处理等。该阶段的验证主要是保证输入的自己流能够正确的解析并且存储于方法区之内。只有通过了验证后，字节流才会进入内存的方法区中进行存储。

　　　　　　2.2.2、元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证描述的信息符合java语言规范的要求。

　　　　　　2.2.3、字节码验证：主要的目的是通过对数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。确保被验证的类不会危害虚拟机的安全。

　　　　　　2.2.4、符号引用验证：这个阶段发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段-----解析中发生。符号引用验证可以看作对类自身以外的信息进行匹配校验。

　　　　2.3、准备：正式为类变量（静态变量）分配初始内存并设置初始值（并不是代码的初始赋值）的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。如果是常量则直接分配为常量值。

　　　　

　　　　2.4、解析：将虚拟机中常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

　　　　　　2.4.1、符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义定位到目标即可。

　　　　　　2.4.2、直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。

　　　　2.5、初始化：初始化是类加载的最后一步，前面的类加载的过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的java程序代码。

　　

三、双亲委派模型

　　　　　　　

　　　从java虚拟机的角度讲，只存在两种类加载器：一种是启动加载器（Bootstrap ClassLoader），这个加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另外的加载器都是由java语言实现，独立于虚拟机外部，并且都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

　　　启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载虚拟机启动所需要的类库。它只能加载自己能够识别的类。

　　  扩展类加载器（Extendtion ClassLoader）：它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以使用扩展类加载器。

　　  应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载CLassPath上所指定的类库，如果应用程序没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这就是程序的默认类加载器。

　　  自定义类加载器（User ClassLoader）：自己定义的类加载器

　　

　　双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应该有自己的父类加载器。并且类加载器之间的父子关系不是通过继承来实现的，而是通过组合关系来复用父类加载器的代码。

　　双亲委派模型的工作过程是如果一个类加载器收到类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，因此所有的加载请求最终都会委派到启动类加载器中。只有父类加载器反馈自己无法加载这个类时，子类加载器才会尝试自己去加载。