Java整个编译以及运行的过程相当繁琐，本文通过一个简单的程序来简单的说明整个流程。
首先两张图，描述编译和执行的过程：
Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图如下所示：
Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示：
如下图，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）。
图1 java程序编译运行过程
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：
- //MainApp.java
- public class MainApp {
- public static void main(String[] args) {
- Animal animal = new Animal("Puppy");
- animal.printName();
- }
- }
- //Animal.java
- public class Animal {
- public String name;
- public Animal(String name) {
- this.name = name;
- }
- public void printName() {
- System.out.println("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。
图2 MainApp类常量池
图3 MainApp类方法字节码
最后生成的class文件由以下部分组成：
- 结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
- 元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
- 方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息
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。
- 在编译好java程序得到MainApp.class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AppMain.class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animal.printName()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。
图4 java程序运行过程
Ps:
方法重载：这个是发生在编译时的。方法重载也被称为编译时多态，因为编译器可以根据参数的类型来选择使用哪个方法。
|
1
2
3
4
|
public
class
{
public
static
void
evaluate(String param1);
// method #1
public
static
void
evaluate(
int
param1);
// method #2
}
|
如果编译器要编译下面的语句的话：
|
1
|
evaluate(“My Test Argument passed to param1”);
|
它会根据传入的参数是字符串常量，生成调用#1方法的字节码
方法覆盖：这个是在运行时发生的。方法重载被称为运行时多态，因为在编译期编译器不知道并且没法知道该去调用哪个方法。JVM会在代码运行的时候做出决定。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
public
class
A {
public
int
compute(
int
input) {
//method #3
return
3
* input;
}
}
public
class
B
extends
A {
@Override
public
int
compute(
int
input) {
//method #4
return
4
* input;
}
}
|
子类B中的compute(..)方法重写了父类的compute(..)方法。如果编译器遇到下面的代码：
|
1
2
3
|
public
int
evaluate(A reference,
int
arg2) {
int
result = reference.compute(arg2);
}
|
编译器是没法知道传入的参数reference的类型是A还是B。因此，只能够在运行时，根据赋给输入变量“reference”的对象的类型（例如，A或者B的实例）来决定调用方法#3还是方法#4.