--- title: JVM到底是如何运行Java代码的？ shortTitle: JVM是如何运行Java代码的？ category: - Java核心 tag: - Java虚拟机 description: 二哥的Java进阶之路，小白的零基础Java教程，从入门到进阶，JVM到底是如何运行Java代码的？ head: - - meta - name: keywords content: Java,JavaSE,教程,二哥的Java进阶之路,jvm,Java虚拟机 --- # JVM到底是如何运行Java代码的？ “二哥，看了上一篇 [Hello World](https://mp.weixin.qq.com/s/191I_2CVOxVuyfLVtb4jhg) 的程序后，我很好奇，它是怎么在 Run 面板里打印出‘三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒’呢？”三妹咪了一口麦香可可奶茶后对我说。 “三妹，我们通常把 Java 分为编译期和运行时，弄清楚这两个阶段就知道原因了。” 贴一下 HelloWorld 这段代码： ```java /** * @author 微信搜「沉默王二」，回复关键字 PDF */ public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒。"); } } ``` 点击 IDEA 工具栏中的锤子按钮（Build Project，编译整个项目），如下图所示。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-01.png) 这时候，就可以在 src 的同级目录 target 下找到一个名为 HelloWorld.class 的文件。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-02.png) 如果找不到的话，在目录上右键选择「Reload from Disk，从磁盘上重新加载」，如下图所示： ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-03.png) 可以双击打开它。 ```java // // Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA // (powered by Fernflower decompiler) // package com.itwanger.five; public class HelloWorld { public HelloWorld() { } public static void main(String[] args) { System.out.println("三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒。"); } } ``` IDEA 默认会用 Fernflower 反编译工具将字节码文件（后缀为 .class 的文件，也就是 Java 源代码编译后的文件）反编译为我们可以看得懂的 Java 源代码。但实际上，字节码文件并不是这样的，而是： ``` // class version 58.0 (58) // access flags 0x21 public class com/itwanger/five/HelloWorld { // compiled from: HelloWorld.java // access flags 0x1 public ()V L0 LINENUMBER 6 L0 ALOAD 0 INVOKESPECIAL java/lang/Object. ()V RETURN L1 LOCALVARIABLE this Lcom/itwanger/five/HelloWorld; L0 L1 0 MAXSTACK = 1 MAXLOCALS = 1 // access flags 0x9 public static main([Ljava/lang/String;)V L0 LINENUMBER 8 L0 GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream; LDC "\u4e09\u59b9\uff0c\u5c11\u770b\u624b\u673a\u5c11\u6253\u6e38\u620f\uff0c\u597d\u597d\u5b66\uff0c\u7f8e\u7f8e\u54d2\u3002" INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V L1 LINENUMBER 9 L1 RETURN L2 LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L0 L2 0 MAXSTACK = 2 MAXLOCALS = 1 } ``` 是不是就有点懵逼了？新手看到这个很容易头大，不过不要担心，后面我再和大家一块深入研究一下，这里就是感受一下字节码的魅力。 那这个字节码文件是怎么看到的呢？可以通过 IDEA 菜单栏中的「View」→「Show Bytecode」查看，如下图所示。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-04.png) PS：字节码并不是机器码，操作系统无法直接识别，需要在操作系统上安装不同版本的 Java 虚拟机（JVM）来识别。通常情况下，我们只需要安装不同版本的 JDK（Java Development Kit，Java 开发工具包）就行了，它里面包含了 JRE（Java Runtime Environment，Java 运行时环境），而 JRE 又包含了 JVM。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-05.png) Windows、Linux、MacOS 等操作系统都有相应的 JDK，只要安装好了 JDK 就有了 Java 语言的运行时环境，就可以把一份字节码文件在不同的平台上运行了。可以在 [Oracle 官网](https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk11-downloads.html)上下载不同版本的 JDK。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-06.png) PPS：为什么要查看字节码呢？查看字节码文件更容易让我们搞懂 Java 代码背后的原理，比如搞懂 Java 中的各种语法糖的本质。 相比于 IDEA 自带的「Show Bytecode」功能，我更推荐 `jclasslib` 这款插件，可以在插件市场中安装（我已经安装过了）。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-07.png) 安装完成之后，点击 View -> Show Bytecode With jclasslib 即可通过 jclasslib 查看字节码文件了（点击之前，光标要停留在对应的类文件上），如下图所示。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-08.png) 使用 jclasslib 不仅可以直观地查看类对应的字节码文件，还可以查看类的基本信息、常量池、接口、字段、方法等信息，如下图所示。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-09.png) 也就是说，在编译阶段，Java 会将 Java 源代码文件编译为字节码文件。在这个阶段，编译器会进行一些检查工作，比如说，某个关键字是不是写错了，语法上是不是符合预期了，不能有很明显的错误，否则带到运行时再检查出来就会比较麻烦了。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/overview/five-10.png) Java 字节码是沟通 JVM 与 Java 代码的桥梁，下面使用 javap 来稍微看一下字节码到底长什么样子。 ``` 0 getstatic #2 3 ldc #3 5 invokevirtual #4 8 return ``` Java 虚拟机采用基于栈的架构，其指令由操作码和操作数组成。这些[字节码指令](https://javabetter.cn/jvm/zijiema-zhiling.html)，就叫作 opcode。其中，getstatic、ldc、invokevirtual、return 等，就是 opcode，可以看到是比较容易理解的。 我们继续使用 hexdump 看一下字节码的二进制内容。与以上字节码对应的二进制，就是下面这几个数字： ``` b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 ``` > 注意：这里是二进制文件的16进制表示，也就是hex，一般分析二进制文件都是以hex进行分析。 我们可以看一下它们的对应关系。 ``` 0xb2 getstatic 获取静态字段的值 0x12 ldc 常量池中的常量值入栈 0xb6 invokevirtual 运行时方法绑定调用方法 0xb1 return void 函数返回 ``` opcode 有一个字节的长度(0~255)，意味着指令集的操作码个数不能操作 256 条。而紧跟在 opcode 后面的是被操作数。比如 b2 00 02，就代表了 `getstatic #2 `。 JVM 就是靠解析这些 opcode 和操作数来完成程序的执行的。当我们使用 Java 命令运行 .class 文件的时候，实际上就相当于启动了一个 JVM 进程。 然后 JVM 会翻译这些字节码，它有两种执行方式。常见的就是解释执行，将 opcode + 操作数翻译成机器代码；另外一种执行方式就是 [JIT](https://javabetter.cn/jvm/jit.html)，也就是我们常说的即时编译，它会在一定条件下将字节码编译成机器码之后再执行。 这些 .class 文件会被加载、存放到 metaspace 中，等待被调用，这里会有一个[类加载器](https://javabetter.cn/jvm/class-load.html)的概念。 而 JVM 的程序运行，都是在栈上完成的，这和其他普通程序的执行是类似的，同样分为堆和栈。比如我们现在运行到了 main 方法，就会给它分配一个栈帧。当退出方法体时，会弹出相应的栈帧。你会发现，大多数字节码指令，就是不断的对栈帧进行操作。 而其他大块数据，是存放在堆上的。 ![](https://cdn.tobebetterjavaer.com/tobebetterjavaer/images/jvm/how-run-java-code-91dac706-1c4e-4775-bc4e-b2104283aa04.png)