源代码编译

• 代码被词法分析器（Lexer）处理，生成字符流（tokens）。
• 语法分析器（Parser）将字符流转化为抽象语法树（AST）。
• 语义分析器（Semantic Validator）验证代码的语义，生成注解抽象语法树（AST）。
• 字节码生成器（Bytecode Generator）将AST转化为Java字节码。

类文件结构

• 类文件以魔数0xCAFEBABE开头，这个魔数标识文件的格式。
• 类文件主要包含以下部分：
  • 常量池（Constant Pool）：存储编译时期生成的字面量和符号引用。
  • 字段描述（Field Descriptor）：描述类的静态和非静态字段。
  • 方法描述（Method Descriptor）：描述类的静态和非静态方法。
  • 类验证器（Class Validator）：确保类文件的格式和内容的正确性。

类文件与虚拟机的交互

• 类文件被加载到Java虚拟机（JVM）中。
• JVM通过类加载机制将字节码转化为运行时数据结构。

类加载器（ClassLoader）

• 类加载器负责将类文件加载到JVM中。
• 类加载器的工作流程：
• 找到类文件所在位置：通过类的全限定名获取定义类的字节流。
• 验证字节流：确保字节流符合Java类文件格式。
• 转换字节流：将字节流转换为运行时数据结构。
• 创建类对象：在Java堆中生成java.lang.Class对象。

双亲委派机制

• 当一个类加载器需要加载一个类时，它会将请求委派给其父类加载器。
• 双亲委派的作用是确保类加载的正确性和一致性。
• JVM提供三种系统加载器：
  • 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载<JAVA_HOME>/lib下的类。
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext下的类。
  • 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户应用程序的类。

破坏双亲委派

• 在某些情况下，父类加载器需要委派给子类加载器。
• 例如，DriverManager需要加载数据库连接器实现类，这些实现类通常由系统类加载器加载。

验证

• 文件格式验证：确保类文件符合Java规范。
• 源数据验证：验证字节码与源代码一致。
• 字节码验证：确保字节码的语法正确。
• 符号引用验证：确保符号引用指向正确的类和方法。

准备

• 为静态变量分配内存，并初始化为默认值。
• 例如，static int a = 10; 在准备阶段仍为0。

解释

• 将符号引用转换为直接引用。
• 例如，字符串引用String str = "address" 会转换为直接内存地址。

初始化

• 执行静态代码块和静态变量初始化。
• 例如，static { a = 10; } 会在初始化阶段执行。

方法区（Method Area）

• 方法区是线程共享的内存区域。
• 在JDK 8中，方法区称为元空间（Metaspace），在JDK 6和7中称为永久代（Perm Space）。
• 方法区主要存储：
  • 运行时常量池（Run-Time Constant Pool）：存储编译时期生成的字面量和符号引用。

堆（Heap）

• 堆是Java虚拟机管理的最大内存块。
• 堆用于存储Java对象实例和数组。

虚拟机栈（Virtual Machine Stack）

• 虚拟机栈是线程私有的内存区域。
• 用于存储线程执行方法调用状态。
• 每个线程都有自己的栈，栈帧表示方法调用。

程序计数器（Program Counter）

• 每个线程有独立的程序计数器。
• 记录当前线程执行的虚拟机字节码指令地址。

本地方法栈（Native Method Stack）

• 用于存储本地方法（Native Method）的执行状态。