java发布软件 java开发的软件怎么运行

简单介绍一下 Java 程序的运行流程和内存分析。
   

0 Java 简介

首先简单介绍一下 Java 的历史与 Java 的核心机制。

Java 的历史

Java 最初产生于 SUN 公司的 “Green” 小组，该小组由 James Gosling 领导，最初的名字叫 Oak，在发现该名称已被注册之后，改名为 java。从 1996 年 1 月到现在，Java 经历了不断的演变。1999 年 6 月，Java 体系被分为三个方向：J2ME（微型版，移动端）、J2SE（桌面版，桌面端） 和 J2EE（企业版，服务端）。如今 JavaSE 的长期支持版（LTS）已经发展到了 11 版。

Java 的核心机制

Java 的两个基本的核心机制分别是 Java 虚拟机（JVM）和 Java 的垃圾回收器（GC）：

1. JVM 可以理解为一个可运行 Java 字节码的虚拟计算机系统。正是 JVM 的存在使得 Java 语言具有了跨平台的特性，因为所有的 Java 原码都会被首先编译成 Java 字节码文件，从而交给 JVM 处理，而不直接与具体的操作系统通信。所以，对于不同的平台，有对应的不同的 JVM 来实现代码与平台的分离，从而实现了所谓的“一次编译，到处执行”。
2. Java 中的 GC 负责自动回收 JVM 中不再使用的内存空间。GC 的垃圾回收工作不需要由外部干预，从而消除了程序员回收无用内存的责任（在C/C++ 中这个工作是需要程序员负责考虑的）。GC 是 JVM 提供的一种系统线程跟踪存储空间的分配情况，当 JVM 处于空闲时，它会检查并释放掉那些可以被释放的存储空间。GC 是无法被精准控制和干预的，在 Java 程序运行的过程中它是自主启动并运行的。

1 JDK、JRE和JVM之间的关系

• JDK：Java Development Kit，Java 开发工具包 - 开发人员进行 Java 软件开发测试的一套工具
• JRE：Java Runtime Environment，Java 运行时环境 - Java 软件成品运行所依赖的环境
• JVM：Java Virtual Machine，Java 虚拟机 - Java 语言实现跨平台运行的一种软件
• 三者的关系是：JDK包含JRE，JRE包含JVM，像下图这样。

2 Java 编译与运行过程

• java程序的运行包括两个非常重要的阶段：编译阶段 和 运行阶段。它们的大致过程如下图

• 编译：
• java 源文件通过 JDK 中的编译器 javac 通过的编译，编译操作方式如下：
  javac -encoding 编码方式 -d 输出为字节码文件的路径 代码(相对)路径。
  如：javac -encoding utf8 -d ../out/ ./src/*.java，它表示以 utf-8 格式编码 ./src/ 路径下的所有 Java 源文件，生成的字节码文件放到上一级目录的 out/ 路径下。
• 编译阶段的主要任务是检查 java 源程序语法，符合 java 语法规则能正常生成 字节码文件 xxx.class。字节码文件是只有 JVM 才能理解的文件，通过 JVM 解释为不同操作系统的可执行二进制机器码。字节码文件是程序最终执行需要的文件，而不是 java 源文件。字节码文件可以拷贝到任何操作系统中运行，实现跨平台的效果。
• 一个 java 源文件可以生成多个字节码文件，每个字节码文件对应源文件中定义的一个类；
• 运行：
• 使用JDK自带的执行工具/命令(java.exe)运行程序：
  java 包名.类名。
  如：java com.somedomain.util.DataMonitor，包名实际上已目录结构的形式存在，并且通常以反向域名的方式形成多级目录结构，比如这里对应的目录结构为 ./com/somedomain/util/，最后跟类名 DataMonitor，它必须是在指定包内（目录结构下）存在的可运行字节码文件（类中包含作为程序入口的 public static void main() 方法）。
• 运行阶段过程：
  
  java.exe 启动 JVM，JVM启动类加载器(ClassLoader)，类加载器在硬盘上搜索对应的字节码文件，将其装载到 JVM 当中，JVM 将字节码文件解释成二进制数据，操作系统执行二进制和底层硬件平台进行交互，完成相应程序效果。

3 程序运行过程的内存分析

• JVM 内存空间主要分为三块（还有其他空间）：方法区内存、堆内存、栈内存
• 方法片段属于字节码文件的一部分，字节码文件在类加载时，将其放到了方法区中。所以，JVM中的三块主要内存空间中最先有数据的是方法区内存，其中存放了代码片段。代码片段在方法区内存中只有一份，可以被重复使用。
• 方法只有在被调用时才会被动态地分配所属空间。每次调用都需要为该方法在栈内存中分配独立的运行空间，此时发生压栈动作。方法执行结束后，对应的内存空间会全部释放，此时发生弹栈动作。下面是示例代码和方法执行过程的内存变化图。

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public class UserTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        add(i); // 传递i中的字面值10
        System.out.println("value of i in main() is " + i); // 10
    }

    public static void add(int i) {
        i++;
        System.out.println("value of i in add() is " + i); // 11
    }
}

传递字面值

• 运行阶段在方法体中声明的局部变量，在栈内存中为其分配空间。而局部变量的参数传递实际上是传递的参数地址中所存的内容，这个内容可以是字面值，也可以是对象地址 。
  
• 字面值传递中，接收方参数(等号左边)的值被修改，而传递方参数(等号右边)的值不受影响。
• 对象地址的传递中，由于两个参数保存的内容指向同一对象地址，因此两方的操作指向同一片内存空间。下面是相应示例代码和方法执行过程的内存变化图。

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public class UserTest {
    public static void main(String[] args) {
        User u = new User("Tomas", 56);
        System.out.println(u.name+"'s age before add() is "+u.age); // 1
        add(u); // 传递u的内存地址
        System.out.println(u.name+"'s age after add() is "+u.age); // 10
    }

    public static void add(User u) {
        u.age ++;
        System.out.println(u.name+"'s age within add() is "+u.age);
    }
}

class User {
    String name;
    int age;
    public User(String n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }
}

传递对象地址

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