开发技能JavaJava Guide字节码

所谓的字节码,就是Java程序经过编译之类产生的.class文件,字节码能够被虚拟机识别,从而实现Java程序的跨平台性。

Java 程序从源代码到运行主要有三步:

  • 编译:将我们的代码(.java)编译成虚拟机可以识别理解的字节码(.class)
  • 解释虚拟机执行Java字节码,将字节码翻译成机器能识别的机器码
  • 执行:对应的机器执行二进制机器码

只需要把Java程序编译成Java虚拟机能识别的Java字节码,不同的平台安装对应的Java虚拟机,这样就可以可以实现Java语言的平台无关性。

什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

在 Java 中,JVM 可以理解的代码就叫做字节码(即扩展名为 <font style="background-color:rgb(248, 248, 250);">.class</font> 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以, Java 程序运行时相对来说还是高效的(不过,和 C++,Rust,Go 等语言还是有一定差距的),而且,由于字节码并不针对一种特定的机器,因此,Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 程序从源代码到运行的过程如下图所示:

Java程序转变为机器代码的过程

我们需要格外注意的是 <font style="background-color:rgb(248, 248, 250);">.class->机器码</font> 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件,然后通过解释器逐行解释执行,这种方式的执行速度会相对比较慢。而且,有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码),所以后面引进了 JIT(just-in-time compilation) 编译器,而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后,其会将字节码对应的机器码保存下来,下次可以直接使用。而我们知道,机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言

HotSpot 采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法,根据二八定律,消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码(热点代码),而这也就是 JIT 所需要编译的部分。JVM 会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化,因此执行的次数越多,它的速度就越快。JDK 9 引入了一种新的编译模式 AOT(Ahead of Time Compilation),它是直接将字节码编译成机器码,这样就避免了 JIT 预热等各方面的开销。JDK 支持分层编译和 AOT 协作使用。但是 ,AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。

字节码指令就是一个字节,一个字节大小能表示256条指令

timscript语言实现用了60条字节码指令(指令编号:0-59)

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