java类是如何到JVM执行的？

本文是对.java文件到JVM运行的一个过程讲解，其中涉及到相关概念及原理。

一、java类

类一般包含属性、代码块、构造器、方法、内部类。

二、JDK

JDK是java开发工具包，包括： bin、db、include、jre、ilb文件。其中：
bin是JDK的编译器（javac.exe）;
db是自带的数据库；
Include是java和JVM交互的的头文件；
jre是java运行的环境，jre文件里面的bin文件可以看成jvm，
lib文件则是jvm工作时所需要的的类库，jvm和lib一起称为jre。

三、类的编译

java体系中有三种编译方式：前端编译、即时编译（JIT）、静态提前编译（AOT），后两种编译方式也叫后端编译，也是运行时进行的编译。现在主要是通过前端编译+JIT编译方式：

1.前端编译

通过javac编译器（JDK的bin文件）把*.java文件转换为*.class文件的过程。

2.即时编译（JIT）

通过Java虚拟机（JVM）内置的即时编译器（Just In Time Compiler，JIT编译器）,在运行时(文件加载内存中运行)把Class文件字节码编译成本地机器码的过程。

3.静态提前编译（AOT）

程序运行前，直接把Java源码文件（.java）编译成本地机器码的过程。
因为Java语言的动态性（如反射）带来了额外的复杂性，影响了静态编译代码的质量；
一般静态编译不如JIT编译的质量，这种方式用得比较少；

四、JVM加载.class

JVM即java虚拟机，会加载.calss文件。它包含三个子系统：类加载子系统、执行时数据区、执行引擎。

1.类加载子系统

类加载子系统负责动态加载类，在运行时（而非编译时），当一个类初次被引用的时候，它将被加载、连接、初始化，也是经常被提到的类加载过程。

• 加载
  加载过程包括以下加载器：
    1.1 启动类加载器
    1.2 扩展类加载器
    1.3 应用程序加载器
    1.4 用户自定义加载器
  以上类加载器通过双亲委派模型执行类加载，双亲委派模型是自底向上去校验类是否被加载，如果没有被加载，是自上而下去查找类并加载。双亲委派的作用是保证JDK的核心类优先加载。
  为什么要打破双亲委派机制
  比如：我们常用数据库驱动Driver接口，Driver定义在jdk当中，当其实现却是各个数据库服务商，例如，mysql的MYSQL CONNECROR,所有这就有个问题，DriverManger要加载各个Driver接口实现类，然后进行管理，但是DriverManager是由启动类加载器进行加载的，而这个启动类加载器默认值加载JAVA_HOME下面的lib，但我们真正要加载的是各个实现类，需要有系统类加载器进行加载，这个时候就需要启动类加载器委托系统类加载器去加载Driver实现类，从而破坏了双亲委派。
  如何打破双亲委派：
  1.1 自定义类加载器 ，重写loadclass方法。典型的打破双亲委派模型的框架和中间件有tomcat与osgi
  1.2 SPI机制绕开loadclass 方法。当前线程设定关联类加载器

• 连接
  连接包含三个步骤：验证、准备、解析
  1.1 验证
  文件格式验证->原数据验证->字节码验证->符合引用验证
  1.2 准备

• 为 static 变量分配空间，设置默认值

• static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾，从 JDK 7 开始，存储于 _java_mirror 末尾

• static 变量分配空间和赋值是两个步骤，分配空间在准备阶段完成，赋值在初始化阶段完成

• 如果 static 变量是 final 的基本类型，以及字符串常量，那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶段完成。比如：public static int value = 11,那么value 变量在准备阶段赋的值是0,而不是11,（初始化阶段才会赋值），特殊情况：比如给 value 变量加上了 final 关键字public static final int value=11 ，那么准备阶段 value 的值就被赋值为 11

• 如果 static 变量是 final 的，但属于引用类型，即 new 对象，那么赋值也会在初始化阶段完成
  1.3 解析
  解析阶段是虚拟机将常量值中的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类和接口，字段，类方法，接口方法，方法类型，方法句柄，方法的限定符

• 初始化
  初始化即调用 < cinit >()V 方法，虚拟机会保证这个类的 【构造方法】的线程安全
  发生的时机：
  1.1 会导致类初始化的情况

• main 方法所在的类，总会被首先初始化

• 首次访问这个类的 静态变量 或 静态方法 时

• 子类初始化，如果父类还未初始化，会引发

• 子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化

• Class.forName

• new 会导致初始化
  1.2不会导致类初始化的情况

• 访问 类的 static final 静态变量（基本类型和字符型）不会触发初始化

• 类对象.class 不会触发初始化

• 创建该类的数组不会触发初始化

• 类加载的 loadClass 方法

• Class.forName 的参数2 为 false 时
  类初始化顺序
  1.1 静态变量、静态代码块初始化顺序级别一致，谁在前，就先初始化谁。从上而下初始化（只在类加载时，初始化一次）
  1.2 非静态变量、非静态代码块初始化顺序级别一致，谁在前，就先初始化谁。从上而下初始化(只要对象实例化一次，就初始化一次)
  1.3 构造方法在非静态变量、非静态代码块之后执行。
  1.4 子类静态变量、静态代码块在父类的静态变量、静态代码块之后执行。
  1.5 子类非静态变量、非静态代码块在父类构造方法之后执行。
  1.6 子类构造方法在父类构造方法之后执行。
  1.7 静态方法不会被子类重写。

2.执行时数据区

当程序运行时，JVM需要内存来存储许多内容，例如：字节码、对象、参数、返回值、局部变量、运算的中间结果，等等，JVM会把这些东西都存储到运行时数据区中，以便于管理。而运行时数据区又可以分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

3.执行引擎

负责执行那些包含在被载入类的方法中的指令

以上为.java到JVM运行的大概过程。