Java源代码是如何编译，加载到内存中的？
1.前言
相信许多开发同学看过《深入理解java虚拟机》，也阅读过java虚拟机规范，书籍和文档给人的感觉不够直观，本文从一个简单的例子来看看jvm是如何工作的吧。
本文所有操作均在mac上进行。
2.示例代码
示例代码采用最常见的双重检索单例模式：
package interview.desginpattern.singletion.doublecheck;
import java.io.Serializable;
public class Singleton implements Serializable {
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}3.指令
经过编译后，我们得到class文件，然后用javap命令查看相关指令
javap -c Singleton：
public class interview.desginpattern.singletion.doublecheck.Singleton implements java.io.Serializable {
public static interview.desginpattern.singletion.doublecheck.Singleton getInstance();
Code:
0: getstatic #2 // get static instance
3: ifnonnull 37 // instance is null，jump 37
6: ldc #3 // push class Singleton to operand stack
8: dup // Duplicate the top (class Singleton) operand stack value
9: astore_0 // Store reference(class Singleton) into local variable
10: monitorenter // synchronized start
11: getstatic #2
14: ifnonnull 27 // instance is null，jump 27
17: new #3 // new class interview/desginpattern/singletion/doublecheck/Singleton
20: dup
21: invokespecial #4 // Method "<init>":()V
24: putstatic #2
27: aload_0 // Load reference (class Singleton) from local variable
28: monitorexit // synchronized end
29: goto 37
32: astore_1
33: aload_0
34: monitorexit // synchronized end (exception)
35: aload_1
36: athrow // throw exception
37: getstatic #2
40: areturn
Exception table:
from to target type
11 29 32 any
32 35 32 any
static {}; // static code
Code:
0: aconst_null // Push the null object reference onto the operand stack
1: putstatic #2 // set static instance
4: return
}有以下几点需要说明：
- operand stack 即操作数栈，区别于jvm虚拟机栈，是属于栈帧（frame）中的数据结构
- local variable 即本地变量，也属于栈帧中的结构
- synchronized 被解析成monitorenter 和 monitorexit两条指令，并且需要处理异常情形
我们知道一般来讲jvm 运行时数据包括，pc寄存器，stack（虚拟机栈），heap，method area， 运行时常量池，本地方法栈。stack 中的每一帧包括，operand stack, local variable , 和指向常量池的指针。
4.class文件
上一节中只是展示了java代码编译成class文件，包含了哪些指令，但是class文件包含的信息远远不止这些。
我们在IDEA 中使用插件 jclasslib bytecode viewer 查看 class文件具体包含哪些信息：
4.1.一般信息
这里省略了class 文件的魔法数标志，0xCAFEBABE
4.2.接口和字段
4.3.方法
- <init> 方法对应Singletion的构造方法
- <clinit> 方法对应Singletion.class的构造方法
我们还可以查看getInstatnce编译后的指令 (chapter 3)：
4.4.常量池
上述数据结构(4.1, 4.2, 4.3)不会存字符串字面量，而是指向常量池的引用：
4.5.属性
5.加载
加载即根据class文件创建对象/接口.
有两种加载器，分别是bootstrap class loader，和user-defined class cloader，我们可以自定义加载器，比如从网络，或者从加密的class文件中加载对象。
任何一个class/inteface 被限定名 + 类加载器唯一确定，所以jvm实现者在并发的情况下需要确保此唯一性约束。
一般而言，加载流程如下
- 看该文件有没有被对应的加载器进行加载
- 验证该文件是不是class文件，major or minor version 是否被支持
- 检查父类是否被加载
- 检查接口是否被加载
6.链接（验证，准备，解析）
验证：确保class文件结构是否正确，是否打破jvm规范
准备：给class或者interface的静态属性设置默认值（区别于显式赋值）
解析：给 symbolic references 赋予确定的值（除了 invokedynamic，其他都可以唯一确定）
7.初始化
初始化：调用class或者interface的<init>, <cinit> 方法 （4.3）
8.总结
本文概述了java代码是如何加载到jvm中的，jvm有各种不同的实现（我们最熟悉的hotspot虚拟机），其中细节可能不尽相同。加载到jvm中并不代表程序生命周期的结束，运行时的情况也值得关注。
9.参考
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/jvms8.pdf
