Java程序运行原理

Java的运行流程:

java编译器(编译) → 虚拟机(解释执行) →  解释器(翻译) → 机器码

ClassLoader

• Bootstrap ClassLoader:称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等。
• Extension ClassLoader：称为扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
• App ClassLoader：称为系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

深入分析ClassLoader：http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380

运行时–加载类过程

1. 装载
   java虚拟机使用类装载器定位到相应的CLASS文件，然后读取这个CLASS文件（一个线性二进制数据流），将它传入java虚拟机中。紧接着虚拟机提取其中的类型信息。比如：该类的类名，方法名，变量名，修饰符，方法的返回类型，常量池（下面有常量池解释）等等。将这些信息保存在一个叫做方法区（方法区，又一个新名词）的地方。最终形成java.lang.CLASS类的实例，这个实例存放在内存的堆区。它成为了java程序与内部数据结构之间的接口，程序要访问该类型的信息，程序就调用该类型对应的CLASS实例对象的方法（应该是利用java的反射机制）。简而言之：这个过程就是把一个类型的二进制数据解析为方法区中的内部数据结构，并在堆上建立一个CLASS对象的过程。
2. 链接
   
   1. 验证：确定类型符合java语言的语义，比如：final类不能有子类，final方法不能被覆盖，确保在类型和超类型之间没有不兼容的方法声明（比如两个方法拥有同样的名字，参数完全相同，但返回类型不同）。
   2. 准备：java虚拟机为类变量分配内存，设置默认值
   3. 解析：在类型的常量池中寻找类，接口，字段和方法的符合引用把这些符号引用替换成直接引用的过程。
3. 初始化
   初始化该类的静态变量。

java常量池技术

java中的常量池技术，是为了方便快捷地创建某些对象而出现的，当需要一个对象时，就可以从池中取一个出来（如果池中没有则创建一个），则在需要重复创建相等变量时节省了很多时间。常量池其实也就是一个内存空间，不同于使用new关键字创建的对象所在的堆空间。
String类也是java中用得多的类，同样为了创建String对象的方便，也实现了常量池的技术。
测试代码如下:

    public class Test{    　　public static void main(String[] args){    　　//s1,s2分别位于堆中不同空间    　　String s1=new String("hello");    　　String s2=new String("hello");    　　System.out.println(s1==s2);//输出false    　　//s3,s4位于池中同一空间    　　String s3="hello" String s4="hello";    　　System.out.println(s3==s4);//输出true }}

用new String（）创建的字符串不是常量，不能在编译期就确定，所以new String（）创建的字符串不放入常量池中，他们有自己的地址空间。
String 对象（内存）的不变性机制会使修改String字符串时，产生大量的对象，因为每次改变字符串，都会生成一个新的String。 java 为了更有效的使用内存，常量池在编译期遇见String 字符串时，它会检查该池内是否已经存在相同的String 字符串，如果找到，就把新变量的引用指向现有的字符串对象，不创建任何新的String 常量对象，没找到再创建新的。所以对一个字符串对象的任何修改，都会产生一个新的字符串对象，原来的依然存在，等待垃圾回收。
代码：

String a = “test”;　　String b = “test”;　　String b = b+"java";

a，b同时指向常量池中的常量值”text”，b=b+”java”之后，b原先指向一个常量，内容为”test”，通过对b进行+”java” 操作后，b之前所指向的那个值没有改变，但此时b不指向原来那个变量值了，而指向了另一个String变量，内容为”text java“。原来那个变量还存在于内存之中，只是b这个变量不再指向它了。

基本类型的包装类和对象池

java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，这些类是 Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean,另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外 Byte,Short,Integer,Long,Character这5种整型的包装类也只是在对应值小于等于127时才可使用对象池，也即对象不负责 创建和管理大于127的这些类的对象。一些对应的测试代码：

public class Test{public static void main(String[] args){　　//5种整形的包装类Byte,Short,Integer,Long,Character的对象，　　//在值小于127时可以使用常量池　　Integer i1=127;　　Integer i2=127;　　System.out.println(i1==i2); //输出true　　//值大于127时，不会从常量池中取对象　　Integer i3=128;　　Integer i4=128;　　System.out.println(i3==i4); //输出false　　//Boolean类也实现了常量池技术　　Boolean bool1=true;　　Boolean bool2=true;　　System.out.println(bool1==bool2); //输出true 　　//浮点类型的包装类没有实现常量池技术　　Double d1=1.0;　　Double d2=1.0;　　System.out.println(d1==d2); //输出false }}

对Integer对象的代码补充

　public static Integer valueOf(int i) {　　final int offset = 128;　　if (i >= -128 && i <= 127) {　　return IntegerCache.cache[i + offset];}return new Integer(i);}

　　当你直接给一个Integer对象一个int值的时候，其实它调用了valueOf方法，然后你赋的这个值很特别，是128，那么没有进行cache方法，相当于new了两个新对象。所以问题中定义a、b的两句代码就类似于：

　　Integer a = new Integer(128);　　Integer b = new Integer(128);

　　这个时候再问你，输出结果是什么？你就知道是false了。如果把这个数换成127，再执行：

　　Integer a = 127;　　Integer b = 127;　　System.out.println(a == b);　　结果就是：true

　　进行对象比较时最好还是使用equals，便于按照自己的目的进行控制。这里引出equals()和==，equals比较的是字符串字面值即比较内容，==比较引用。
看一下IntegerCache这个类里面的内容：

　　private static class IntegerCache {　　private IntegerCache() { 　　}　　static final Integer cache[] = new Integer[-(-128) + 127 + 1];　　static {　　for (int i = 0; i < cache.length; i++)　　    cache[i] = new Integer(i - 128);}　　}

由于cache[]在IntegerCache类中是静态数组，也就是只需要初始化一次，即static{……}部分，所以，如果Integer 对象初始化时是-128~127的范围，就不需要再重新定义申请空间，都是同一个对象—在IntegerCache.cache中，这样可以在一定程 度上提高效率。

针对String方面的补充

1. 在同包同类下,引用自同一String对象.
2. 在同包不同类下,引用自同一String对象.
3. 在不同包不同类下,依然引用自同一String对象.
   在编译成.class时能够识别为同一字符串的,自动优化成常量,所以也引用自同一String对象.
   在运行时创建的字符串具有独立的内存地址,所以不引用自同一String对象。
   String的intern()方法会查找在常量池中是否存在一份equal相等的字符串，如果有则返回一个引用,没有则添加自己的字符串进入常量池。
   注意：只是字符串部分。所以这时会存在2份拷贝，常量池的部分被String类私有并管理，自己的那份按对象生命周期继续使用。

返回字符串对象的规范化表示形式

一个初始值为空的字符串池，它由类 String 私有地维护。
当调用 intern 方法时，如果池已经包含一个等于此 String 对象的字符串（该对象由 equals(Object) 方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此 String 对象添加到池中，并且返回此 String 对象的引用。
它遵循对于任何两个字符串 s 和 t，当且仅当 s.equals(t) 为 true 时，s.intern() == t.intern() 才为 true。所有字面值字符串和字符串赋值常量表达式都是内部的。

　　String s0= "java";　　String s1=new String("java");　　String s2=new String("java");　　s1.intern();　　s2=s2.intern(); //把常量池中"java"的引用赋给s2　　System.out.println( s0==s1);//false “ intern返回的引用没有引用变量接收~ s1.intern();等于废代码.” System.out.println( s0==s1.intern() );//true 　　System.out.println( s0==s2 );//true 　　

String s1=new String("java");String s2=s1.intern();//s1 检查常量池，发现没有就拷贝自己的字符串进去//s2 引用该字符串常量池的地址System.out.println(s2 == s1);//falseSystem.out.println( s2==s1.intern());//trueSystem.out.println( s1==s1.intern());// false

内存分配

• 栈中用来存放一些原始数据类型的局部变量数据和对象的引用(String,数组.对象等等)但不存放对象内容。
• 堆中存放使用new关键字创建的对象。
• 字符串是一个特殊包装类,其引用是存放在栈里的,而对象内容必须根据创建方式不同定(常量池和堆).有的是编译期就已经创建好，存放在字符串常量池中，而有的是运行时才被创建.使用new关键字，存放在堆中。
• 静态区存储类中所有的静态变量。

多态，重载，覆盖的区别

1. 多态是基于对抽象方法的覆盖来实现的，用统一的对外接口来完成不同的功能。
2. 重载也是用统一的对外接口来完成不同的功能。是指允许存在多个同名方法，而这些方法的参数不同。其实现是：编译器根据方法不同的参数表，对同名方法的名称做修饰。对于编译器而言，这些同名方法就成了不同的方法。它们的调用地址在编译期就绑定了。
3. 覆盖在运行时决定，重载是在编译时决定。并且覆盖和重载的机制不同，在Java中，重载方法的签名必须不同于原先方法的，但对于覆盖签名必须相同。

传值和传递值/传引用的区别

值类型是存储在内存中的堆栈（以后简称栈），而引用类型的变量在栈中仅仅是存储引用类型变量的地址，而其本身则存储在堆中。
==操作比较的是两个变量的值是否相等，对于引用型变量表示的是两个变量在堆中存储的地址是否相同，即栈中的内容是否相同。
equals操作表示的两个变量是否是对同一个对象的引用，即堆中的内容是否相同。
==比较的是2个对象的地址，而equals比较的是2个对象的内容。 显然，当equals为true时，==不一定为true；