从编译到运行

总体过程

Java 语言既具有编译型语言的特征，也具有解释型语言的特征。因为 Java 程序要经过先编译，后解释两个步骤。

一个Java程序，需要经过编译和运行两步，才能看到程序实现的效果。

1. 编译+运行

编译是由编译器完成的，将源码一次性翻译成字节码，编译完成后生成中间的字节码文件，也就是 .class文件。

运行是由解释器完成的，将字节码一句一句地解释为机器码并执行。运行的过程是解释执行字节码的过程。

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Java虚拟机和解释器？？

解释器是解释型语言中解释执行代码的东西，常见的解释型语言有 Python、JavaScript、PHP 等等。不同语言使用的解释器不同，而Java语言中Java虚拟机是解释器的一种实现方式。

2. 字节码

我们需要编译，是需要生成Java 虚拟机可以理解的代码，也就是字节码。字节码，是Java虚拟机可以理解的代码，简短点理解就是，字节码是代码😅。

因为字节码是面向虚拟机，不面向任何特定的处理器，所以使得Java语言有可移植的特点，不需要重新编译就可以在不同的操作系统上运行，也就是Java语言可以跨平台。而现在，Docker 之类的可以容易实现跨平台，其他语言也可以。

2.1 .class文件

Java 程序经过编译，会生成中间的字节码文件。原始的Java程序是 .java 结尾的文件，编译之后，会生成一堆 .class 结尾的字节码文件。一个 Java 文件会生成一个对应的.class 文件，两个文件同名，后缀不同。

单从外观上来看，编译完成之后，和之前的差异是多了 out 或者 target 文件夹，在这些文件夹中有大量的.class文件。比如，单文件项目生成的 .class 文件如下：

Maven 项目生成的 .class 文件如下：

2.2 Class对象

当类加载器把一个类加载到内存时，会在内存中创建一个 Class对象。一个类的Class对象和类的普通Java对象实例同名。

Java中每个类都对应一个Class对象，同一个类不会产生多个相同的Class对象。

Class对象，包含了和类相关的信息。Class对象是用来创建所有的普通的对象（.java 文件中类的对象实例）。当一个 类的Class对象未被加载时，类加载器会查询同名的 .class 文件，将其载入内存。Class对象 被载入内存后，会被用来创建这个类的所有对象。

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类加载器加载的过程，就是查找 .class文件，创建一个 Class对象。

Class对象载入内存后的使用情况是Java虚拟机中的内存模型部分，也就是运行时的数据区域。

2.3 获取Class对象引用

因为Class对象中包含类的信息，所以如果想要在运行时使用类的类型信息，可以从Class对象获取到，这样就需要先得到Class对象的引用。

在拿到一个类的 Class对象的引用后，可以直接知道对应的这个类的信息。比如，

Class example = LinkedList.class;    // 推荐，获取 LinkedList 类的 Class对象引用
example.getName();    // 获得类名（包括包名）
example.getSimpleName();    // 获得类名（不包括包名）
example.isInterface();    // 是否时一个接口
example.getSuperclass();    // 查询直接基类
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一般情况下获取一个类的Class对象引用：通过类创建一个对象实例，然后获取Class对象引用。比如，

// 创建一个 LinkedList 对象实例
List list = new LinkedList<>();
// 获取 LinkedList 的Class对象引用
Class c = list.getClass();
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这种用法为了获取Class对象引用而创建一个对象，是消耗资源，降低效率的。

直接获取Class对象引用的方法有以下几种：

通过Class对象引用可以操纵Class对象，Class对象和普通对象涉及的一些函数如下图：

获取Class对象引用的代码例子如下：

// 1. 知道具体类的情况
Class example1 = LinkedList.class;
// 2. 传入类的路径。需要处理异常
Class example2 = Class.forName("java.util.LinkedList");
// 3. 通过对象实例instance.getClass()
Class example3 = new LinkedList().getClass();
// 4. 通过类加载器xxxClassLoader.loadClass()传入类路径获取,Class 对象不会进行初始化。
// 需要处理异常
Class example4 = ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("java.util.LinkedList");
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初始化Class对象，是初始化静态方法和静态块。

2.4 反射

Java 在运行中识别对象和类的信息的方法有两种：

• 一种是传统的RTTI (run-time type identification，运行时类型识别)，假设在编译时已经知道所有的类型。

• 一种是反射，在运行时才发现和使用类的信息。在反射机制中，是在运行时打开和检查的class文件，class文件在编译时是不可获取的。

如果想要在运行时分析类以及执行类中方法，就需要用到反射。通过反射可以获取任意一个类的所有属性和方法，你还可以调用这些方法和属性。反射，是在需要创建动态的代码的时候会有用，一般不需要直接使用反射。

反射是直接通过Class对象引用来获取类的信息以及类中的方法，而不需要通过创建一个对象实例再获得Class对象引用从而获取类的信息。比如，下面的代码：

// 获取 LinkedList 类的 Class对象引用
Class example = LinkedList.class;
// 获取 LinkedList 类的属性和方法
Method[] methods = example.getMethods();    // 获取该类的所有方法
Constructor[] constructors = example.getConstructors();   // 获取该类的所有构造函数
Field[] fields = example.getFields();    // 获取该类的所有public属性
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Class类和java.lang.reflect 类库一起支持了反射（具体怎么支持才实现的，不知道😂），这样，通过类库就可以在运行时获取某个类的信息，比如变量、构造函数、方法。比如下图（下图中的Student类只是为了说明反射中可以获取到的东西，实际中不这么设置属性）

通过反射获取类的信息的方法比如下面：

Class example = Student.class;      // 获取Student对象引用
// 获取类的所有public变量
Field[] fields = example.getFields();      // [public java.lang.String code.input.Student.name]
// 类的第一个public变量的信息
fields[0].getName();        // 变量名是 name
fields[0].getType();        // 变量类型名是 java.lang.String
fields[0].getDeclaringClass().getName();    // 声明的类名是 code.input.Student
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3. 类加载

在编译完成之后，是在运行期间需要做的事情。类型的加载和连接就是在运行期间。

在虚拟机可以真正运行代码之前，需要先把.class文件加载进虚拟机中，这样才能运行和使用这些.class文件，生成虚拟机可以使用的对象。加载的过程，就是把.class文件加载到内存，根据.class文件在内存中创建Class对象，并对数据进行校验、解析、初始化，最终形成虚拟机可以直接使用的Java类型，这也是Java虚拟机的类加载机制。

类加载是由类加载器完成的，选择用哪个类加载器来加载类是使用双亲委派机制来确定的。