简述Java程序从编写到运行的基本步骤，并说明Java的基本工作原理

Java编译原理：

Java 虚拟机(JVM)是可运行Java 代码的假想计算机。只要根据JVM规格描述将解释器移植到特定的计算机上，就能保证经过编译的任何Java代码能够在该系统上运行。

一Java源文件的编译、下载 、解释和执行

Java应用程序的开发周期包括编译、下载 、解释和执行几个部分。Java编译程序将Java源程序翻译为JVM可执行代码字节码。这一编译过程同C/C++ 的编译有些不同。当C编译器编译生成一个对象的代码时，该代码是为在某一特定硬件平台运行而产生的。因此，在编译过程中，编译程序通过查表将所有对符号的引用转换为特定的内存偏移量，以保证程序运行。Java编译器却不将对变量和方法的引用编译为数值引用，也不确定程序执行过程中的内存布局，而是将这些符号引用信息保留在字节码中，由解释器在运行过程中创立内存布局，然后再通过查表来确定一个方法所在的地址。这样就有效的保证了Java的可移植性和安全 性。

运行JVM字节码的工作是由解释器来完成的。解释执行过程分三部进行：代码的装入、代码的校验和代码的执行。装入代码的工作由"类装载器"（class loader）完成。类装载器负责装入运行一个程序需要的所有代码，这也包括程序代码中的类所继承的类和被其调用的类。当类装载器装入一个类时，该类被放在自己的名字空间中。除了通过符号引用自己名字空间以外的类，类之间没有其他办法可以影响其他类。在本台计算机上的所有类都在同一地址空间内，而所有从外部引进的类，都有一个自己独立的名字空间。这使得本地类通过共享相同的名字空间获得较高的运行效率，同时又保证它们与从外部引进的类不会相互影响。当装入了运行程序需要的所有类后，解释器便可确定整个可执行程序的内存布局。解释器为符号引用同特定的地址空间建立对应关系及查询表。通过在这一阶段确定代码的内存布局，Java很好地解决了由超类改变而使子类崩溃的问题，同时也防止了代码对地址的非法访问。

随后，被装入的代码由字节码校验器进行检查。校验器可发现 *** 作数栈溢出，非法数据类型转化等多种错误。通过校验后，代码便开始执行了。

Java字节码的执行有两种方式：

1即时编译方式：解释器先将字节码编译成机器码，然后再执行该机器码。

2解释执行方式：解释器通过每次解释并执行一小段代码来完成Java字节码程 序的所有 *** 作。

通常采用的是第二种方法。由于JVM规格描述具有足够的灵活性，这使得将字节码翻译为机器代码的工作

具有较高的效率。对于那些对运行速度要求较高的应用程序，解释器可将Java字节码即时编译为机器码，从而很好地保证了Java代码的可移植性和高性能。

Java程序从源文件创建到程序运行要经过两大步骤：1、源文件由编译器编译成字节码（ByteCode）

2、字节码由java虚拟机解释运行。因为java程序既要编译同时也要经过JVM的解释运行，所以说Java被称为半解释语言（ "semi-interpreted" language）。

下面通过以下这个java程序，来说明java程序从编译到最后运行的整个流程。代码如下：

//MainAppjava

public class MainApp {

public static void main(String[] args) {

Animal animal = new Animal("Puppy");

animalprintName();

}

}

//Animaljava

public class Animal {

public String name;

public Animal(String name) {

thisname = name;

}

public void printName() {

Systemoutprintln("Animal ["+name+"]");

}

}

第一步(编译): 创建完源文件之后，程序会先被编译为class文件。Java编译一个类时，如果这个类所依赖的类还没有被编译，编译器就会先编译这个被依赖的类，然后引用，否则直接引用，这个有点象make。如果java编译器在指定目录下找不到该类所其依赖的类的class文件或者java源文件的话，编译器话报“cant find symbol”的错误。

编译后的字节码文件格式主要分为两部分：常量池和方法字节码。常量池记录的是代码出现过的所有token(类名，成员变量名等等)以及符号引用（方法引用，成员变量引用等等）；方法字节码放的是类中各个方法的字节码。下面是MainAppclass通过反汇编的结果，我们可以清楚看到class文件的结构：

第二步（运行）：java类运行的过程大概可分为两个过程：1、类的加载 2、类的执行。需要说明的是：JVM主要在程序第一次主动使用类的时候，才会去加载该类。也就是说，JVM并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中，而是到不得不用的时候才把它加载进来，而且只加载一次。

下面是程序运行的详细步骤：

在编译好java程序得到MainAppclass文件后，在命令行上敲java AppMain。系统就会启动一个jvm进程，jvm进程从classpath路径中找到一个名为AppMainclass的二进制文件，将MainApp的类信息加载到运行时数据区的方法区内，这个过程叫做MainApp类的加载。

然后JVM找到AppMain的主函数入口，开始执行main函数。

main函数的第一条命令是Animal animal = new Animal("Puppy");就是让JVM创建一个Animal对象，但是这时候方法区中没有Animal类的信息，所以JVM马上加载Animal类，把Animal类的类型信息放到方法区中。

加载完Animal类之后，Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Animal实例分配内存, 然后调用构造函数初始化Animal实例，这个Animal实例持有着指向方法区的Animal类的类型信息（其中包含有方法表，java动态绑定的底层实现）的引用。

当使用animalprintName()的时候，JVM根据animal引用找到Animal对象，然后根据Animal对象持有的引用定位到方法区中Animal类的类型信息的方法表，获得printName()函数的字节码的地址。

开始运行printName()函数。

特别说明：java类中所有public和protected的实例方法都采用动态绑定机制，所有私有方法、静态方法、构造器及初始化方法都是采用静态绑定机制。而使用动态绑定机制的时候会用到方法表，静态绑定时并不会用到。

Java对于服务器 个人电脑和移动设备来说是一项伟大的技术 由于需要java的跨平台的特性 因此java在服务器和移动设备方面的应用是非常成功的 但java在个人电脑应用方面的情况和在服务器及移动设备方面的应用有所不同 但是这很快就会有所改变 至少比你想象得要快 在这篇文章中 我会分析一下java在桌面环境中的应用将怎样得到提升 然后具体说一下java GUI（用户图形接口）的三个主要的工具:AWT Swing 和SWT 在下文中 我将会开发一个完整的java桌面应用程序 Java与桌面端 现在 流行的桌面平台要数Windows Mac and Linux了 但它们不是十全十美的 Windows主宰著桌面 *** 作系统的市场 其上有巨大的应用和开发群体 但它昂贵且有许多安全漏洞 Linux有着稳固的基础 它是开源的软件 比Windows更可靠 Macs非常容易 *** 作且不是黑客的目标 但与Windows和Linux比起来 Mac的硬件和软件可选的余地非常的有限 公司和个人选择他们的 *** 作系统基于许多因素 花费少且安全性高是首选的因素 这导致一些组织从Windows 系统转而选择Linux 对许多用户来说 可用性及对原有应用程序的支持是非常重要的因素 这意味着Windows 将继续享有巨大的市场 Mac有其自己忠诚的用户 这使得苹果机仍然可以存活 Linux 在桌面的流行及Mac的成功创造了多样性 这种多样性正是Java需要的 这种多样性使得Java在桌面有举足轻重的地位 跨平台的支持 Java 运行于所有相关的 *** 作系统 包括Windows Mac和Linux 对于任何组织 他想把现有的应用从一个 *** 作系统移植到另一个 *** 作系统而不用做太多的改动 那么Java正是他们首选的桌面开发平台 或许用微软的可视化工具很容易构建 NET应用 但是这将使你被绑定在了Windows平台上了 很多人也许想立刻用Linux 代替Windows 从而避免由微软件 *** 作系统的漏洞带来的问题 用户不能容忍的问题之一是当从Windows移植到Linux带来的巨大的费用 如果你的应用程序用Java构建 你就没有了这些问题 Java的图形用户界面看上去会跟你用的 *** 作系统一样 而并不需要做什么改动 假如有一天又有一种桌面 *** 作系统出现的话 java 是个安全的赌注 因为它现在能够运行在Windows和Linux 上 那么可以推测它也可以运行在将来可能出现的 *** 作系统上 这些 *** 作系统可能或迟或早地由微软 或是开源社区 或是其它的人开发出来 丰富的特征 最初 Java只有非常有限的一些特征去构建图形用户界面 思想就是用平台无关的Java应用程序接口打包不同的 *** 作系统的本地图形用户界面 称之为抽象的窗口工具 仅有普通的部件如文件域 文本区 选择框 单选按钮 列表框和按钮被AWT支持 图形和图像的特性支持非常有限 也就是说 只足够构建简单的applet程序 认识到需要更高级的图形用户界面组件和图形能力 Sun公司开发了Swing Java D Java D 图像的输入/输出 Java高级图像(JAI)和很多其它的 这些中的一些窗体组件现在已经是Java 标准版(J SE)里的一部分 并且其它的一些扩展必须和你的应用程序打包在一起 例如Swing Java D 图像的输入/输出都是Java的核心API 随着Java开发工具包(JDK)和Java运行环境一起提供 让我们不要忘了J EE平台 如果你开发服务器端的应用程序并且需要丰富的图形用户界面 那么你毫无疑问应该选择Java 这允许你把服务器端的一些代码移到客户端 反之亦然 例如 一个项目可能开始是基于WEB和图形界面 在某些时候 用户可能要求图形元素不能在HTML中实现 如果你选择java做客户端应用 那么你可以重用这些当初用来做服务器端的代码 如果你用远程调用 一些类会真正地实现服务器和客户端的共享 通过页面服务器 Java桌面应用也能够和其它的Java 或非Java应用程序通信 如CORBA TCP/IP 或是 >

通过Eclipse运行程序

启动Eclipse，在菜单中选择“文件 --> 新建 --> Java项目”，d出对话框：

图1  新建项目

填入项目名称，点击“完成”，创建项目成功，可以看到在 E:\java\workspace 目录下多出了一个Demo文件夹。在菜单中选择“文件 --> 新建 --> 类”，d出对话框：

图2  创建类

输入类名称，点击“完成”，成功创建一个HelloWorld类：

图3  新创建的类文件

将下面的代码输入到源文件，注意Java是大小写敏感的：public class HelloWorld {public static void main(String[] args){Systemoutprintln("Hello World!");}}点击运行按钮 ，或者在菜单中选择“运行 --> 运行”，就可以看到下方控制台输出了“Hello World!”：

图4  控制台输出

恭喜你，你成功编写并运行了第一个Java程序。打开Demo文件夹下的bin目录，出现了一个 HelloWorldclass 文件，这就是编译生成的字节码。与C、C++不同，Java编译的结果不是可执行文件，而是字节码文件。字节码文件不能直接运行，必须由JVM翻译成机器码才能运行，这就是为什么运行Java程序必须安装JVM的原因。

通过命令行运行程序

当然，你也可以直接输入命令来编译和运行Java。打开CMD，cd 到源文件所在目录，通过 javac filename 命令完成编译，通过 java classname 命令来运行程序，如下所示：

图5  通过命令编译并运行Java程序

在Eclipse中运行程序，实际上也是执行这些命令，并将输出结果显示到控制台。有了Eclipse，编程更加方便。

HelloWorld程序分析

分析上述代码，从程序开始处介绍。public class HelloWorld定义了一个类，类是 “public” 公共类型的，类名为“HelloWorld”。另外，Java 中主类名应该和要保存的 Java 文件名相同，也就是说，这里定义的类名是“HelloWorld”，则文件应该保存为“HelloWorldjava”。public static void main(String[] args)Java 中的主运行方法，它和 C/C++中的main()作用是一样的，就是所有的程序都从“main()”中开始执行。要执行 Java 程序，必须有一个包括主运行方法的类。至于“public static void”的含义，读者可以尝试着去掉，看看编译器会提示什么错误。Systemoutprintln("Hello world");“Systemoutprintln()”是 Javalang 包的一个方法，用来将字串“Hello world”输出到命令行窗口。

由四方面组成：\x0d\（1）Java编程语言\x0d\（2）Java类文件格式\x0d\（3）Java虚拟机\x0d\（4）Java应用程序接口\x0d\当编辑并运行一个Java程序时，需要同时涉及到这四种方面。使用文字编辑软件（例如记事本、写字板、UltraEdit等）或集成开发环境（Eclipse、MyEclipse等）在Java源文件中定义不同的类，通过调用类（这些类实现了Java API）中的方法来访问资源系统，把源文件编译生成一种二进制中间码，存储在class文件中，然后再通过运行与 *** 作系统平台环境相对应的Java虚拟机来运行class文件，执行编译产生的字节码，调用class文件中实现的方法来满足程序的Java API调用。

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