一个Java的main方法在JVM中的执行流程

一个Java的main方法在JVM中的执行流程可以分为四大阶段 ：加载 -> 链接 -> 初始化 -> 执行。

复制代码

// HelloWorld.java
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        String message = "Hello, JVM!";
        System.out.println(message);
    }
}

第一阶段：加载 (Loading)

目标：找到并加载类的二进制数据。

1. 编译 ：你执行 javac HelloWorld.java。Java编译器将源代码编译成JVM能理解的字节码，存储在 HelloWorld.class文件中。这个文件包含了一个类常量池（Constant Pool） ，里面有各种符号引用，比如 Hello, JVM!这个字符串的字面量、System/out/println等类名、方法名和字段名。
1. 启动JVM ：你执行 java HelloWorld。操作系统会启动JVM进程。
1. 寻找类 ：JVM通过类加载器（ClassLoader） 来加载 HelloWorld类。
- •  Bootstrap ClassLoader ：首先，启动类加载器会去加载JAVA_HOME/lib下的核心类库，如 java.lang包（包括Object, String, System等）。
- •  Application ClassLoader ：然后，应用程序类加载器开始工作，它在你的CLASSPATH（默认是当前目录）下寻找 HelloWorld.class文件。
1. 创建Class对象 ：JVM成功读取 HelloWorld.class的二进制字节流后，会将其转换为方法区（Metaspace） 中的运行时数据结构，并同时在 Java堆（Heap） 中创建一个 java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口。这个 Class对象封装了类的所有元信息（如方法、字段等）。

第二阶段：链接 (Linking)

目标：将加载到方法区的二进制数据合并到JVM运行时状态中。 此阶段细分为三步：

1. 验证 (Verification) ：JVM会严格检查 HelloWorld.class文件的格式、元数据、字节码等是否符合规范且不会危害JVM自身安全。这是一个非常重要的安全屏障。
1. 准备 (Preparation) ：JVM为类的静态变量（static variables） 在方法区分配内存并设置初始值（零值）。注意，这里是初始值，不是代码中赋的值。
- • 例如，如果类里有 static int value = 123;，在准备阶段，value会被赋值为 0。真正的赋值 123要等到后面的初始化阶段。
1. 解析 (Resolution) ：JVM将类常量池 中的符号引用（Symbolic References） 替换为直接引用（Direct References）。
- • 符号引用 ：就是一种约定好的形式来表示引用的目标，比如 java/lang/System.out。
- • 直接引用：就是一个直接指向目标的指针、偏移量或句柄。
- • 例如，在这一步，System.out这个符号引用会被解析为 java.io.PrintStream对象在堆内存中的实际地址。

第三阶段：初始化 (Initialization)

目标：执行类的构造器 <clinit>()方法，为静态变量赋予程序设定的初始值。

1. 到了这一步，JVM才开始真正执行你写在Java代码中的静态语句和静态变量赋值。
1. JVM会收集类中的所有静态变量的赋值动作 和静态代码块（static {}） ，合并生成一个唯一的 <clinit>()方法。
1. JVM会确保 <clinit>()方法在多线程环境下被正确地加锁同步执行，所以类初始化是线程安全的。
1. 在我们的 HelloWorld例子中，没有静态变量和静态代码块，所以 <clinit>()方法是空的，但这一步依然会发生。

第四阶段：执行 (Execution & Runtime)

目标：创建线程，执行字节码。

1. 主线程 ：JVM会为 main方法创建一个主线程 。该线程拥有自己的程序计数器（PC） 和 Java虚拟机栈（JVM Stack）。
1. 栈帧 ：线程的每个方法调用都会在虚拟机栈中创建一个栈帧（Stack Frame） ，用于存储局部变量表 、操作数栈 、动态链接 、方法返回地址 等信息。main方法是程序入口，所以第一个被压入栈的栈帧就是 main方法的栈帧。
1. 执行引擎 ：JVM的执行引擎 开始解释执行 main方法栈帧中的字节码。
- • String message = "Hello, JVM!";
  - • 执行引擎遇到字面量 "Hello, JVM!"时，会去字符串常量池（String Table，位于堆中） 中寻找。如果找不到，就在堆中创建一个String对象并将其引用驻留在常量池中，然后将该引用存入 main栈帧的局部变量表 message中。
- • System.out.println(message);
  - • 执行引擎通过之前在解析阶段 已经转换好的直接引用 ，快速地找到 System.out对应的 PrintStream对象。
  - • 然后调用该对象的 println方法，将局部变量 message的引用（指向堆中的String对象）作为参数传入。
1. 本地方法调用 ：println方法底层是一个本地方法（Native Method），调用的是操作系统本身的IO能力，将字符串输出到控制台。
1. 方法返回 ：main方法执行完毕，其栈帧从虚拟机栈中弹出。主线程结束。
1. JVM退出 ：所有非守护线程都结束后，JVM进程终止。