Comprendre le processus d'exécution Java: du code à l'exécution

Java est largement connu pour son indépendance de la plate-forme et son exécution efficace. Cet article vous guidera à travers l'ensemble du processus d'exécution de Java, de l'écriture de code lisible par l'homme à l'exécuter sur différentes plates-formes. Nous couvrirons les rôles de JDK, JVM et JRE, ainsi que les étapes impliquées dans la compilation et l'exécution de programmes Java.

1. Composants Java clés

Avant de plonger dans le processus d'exécution, il est essentiel de comprendre les trois composants principaux de Java:

• JDK (kit de développement Java)

  • Le JDK est un kit de développement logiciel à part entière qui vous permet d'écrire, de compiler et d'exécuter des programmes Java.
  • Il comprend le JVM (Java Virtual Machine) et JRE (Java Runtime Environment), ainsi que des outils essentiels pour le développement, tels que le compilateur (Javac).
  • JDK est utilisé par les développeurs pour écrire et compiler le code, qui est ensuite exécuté par le JVM.

• JVM (machine virtuelle Java)

  • Le JVM est le moteur qui exécute Java Bytecode. Il rend la plate-forme Java indépendante en abstraction du matériel et du système d'exploitation sous-jacents.
  • Les programmes Java sont compilés en bytecode, que le JVM interprète et exécute, permettant au même programme Java d'exécuter sur n'importe quelle machine avec un JVM.

• jre (environnement d'exécution Java)

  • Le JRE fournit les bibliothèques et les ressources nécessaires pour exécuter les programmes Java, y compris le JVM.
  • Il contient les classes de base comme la chaîne et le tableau, sur lesquelles votre programme Java peut dépendre.
  • Le JRE n'inclut pas les outils de développement comme le compilateur, ce qui le rend adapté à l'exécution d'applications Java mais pas pour le développement.

2. Le processus d'exécution Java

• Étape 1: Écrivez le code

  • Vous commencez par écrire du code Java, qui est généralement enregistré dans les fichiers .java. Ce code est lisible par l'homme et suit la syntaxe Java.

• Étape 2: compiler le code

  • Une fois le code prêt, le compilateur Javac est utilisé pour convertir le code .java lisible par l'homme en bytecode (stocké dans des fichiers .class).
  • Bytecode est un format binaire, qui est le même pour tous les systèmes d'exploitation. Ce bytecode peut ensuite être exécuté sur n'importe quelle plate-forme qui a un JVM, garantissant l'indépendance de la plate-forme.

• Étape 3: Exécutez le bytecode avec jvm

  • 3.1 Chargement du bytecode
  • Lorsque vous essayez d'exécuter le programme Java, le JVM charge le bytecode (c'est-à-dire le fichier .class) dans la mémoire.
  • Le Classloader est responsable de la recherche et du chargement de la classe en fonction du nom de classe fourni par l'utilisateur.
  • Si la classe ne peut être trouvée, une classe NotFoundException est lancée.
  • Si la classe est trouvée, le JVM le charge en mémoire. Les méthodes statiques, les variables et les données de la classe sont stockées dans la zone de méthode, une partie spéciale de la mémoire JVM.
  • 3.2 Exécution du bytecode
  • Une fois la classe chargée, le JVM recherche la méthode principale () (le point d'entrée du programme) pour commencer l'exécution.
  • Si la méthode principale () est trouvée, le processus d'exécution démarre.

3. Mécanisme d'exécution

Il existe deux approches principales que JVM utilise pour exécuter Bytecode: Interpreter and Just-in-Time (JIT) Compiler.

• interprète (plus lent)

  • Dans l'approche interprète, le JVM lit et exécute le bytecode ligne par ligne.
  • Chaque fois qu'une méthode est invoquée, le JVM réinterprète le bytecode, qui peut être lent car la même méthode peut être réexécutée plusieurs fois.

• JIT (juste-temps) Compilateur (plus rapide)

  • Le compilateur JIT compile des bytecode dans le code machine natif, qui est spécifique à la plate-forme et à la machine sur lesquelles le programme est en cours d'exécution.
  • Il optimise les performances en utilisant une technique appelée hot spots.
  • Les points chauds sont des parties fréquemment utilisées du code (comme les méthodes). Ceux-ci sont identifiés par le compilateur JIT, et au lieu de les interpréter à chaque fois, le JIT les compile en code machine natif.
  • Le code machine compilé est mis en cache, donc lorsque la même méthode est à nouveau nécessaire, le JVM peut utiliser le code machine mis en cache, ce qui entraîne une exécution plus rapide.

  points chauds

  • La technique de point chaud garantit que le JVM ne compile que les méthodes fréquemment utilisées, pas toute la classe. Il en résulte des améliorations de performances significatives pour les applications à long terme.
  • Le JVM utilise le code machine pour l'exécution de ces points chauds au lieu d'interpréter le bytecode à chaque fois.

4. Zones de mémoire JVM

• Le JVM alloue la mémoire à différentes parties du programme pendant l'exécution. Certains domaines clés comprennent:

  • Zone de méthode: contient des informations sur les classes, les méthodes et les variables statiques.
  • zone de tas: stocke les objets créés pendant l'exécution.
  • zone de pile: stocke les variables locales et les appels de méthode.
  • Counter de programme (PC): Un registre qui pointe vers l'instruction actuelle en cours d'exécution.

5. Résumé du flux d'exécution

• Code d'écriture: Le code Java est écrit en fichiers .java.
• Compiler: Le code est compilé en bytecode (.class Files) par le compilateur Javac.
• Charge ByteCode: Le JVM, en utilisant le Classloader, charge le bytecode en mémoire.
• Trouver le point d'entrée: Le JVM recherche la méthode principale () pour démarrer l'exécution.
• Exécution via l'interprète ou JIT:
  • Interpréteur: Exécute Bytecode Line by Line (plus lent).
  • Compiler JIT: Compiles les points chauds dans le code machine natif pour une exécution plus rapide (plus rapide).

La combinaison de Bytecode, JVM et du compilateur JIT garantit que Java est à la fois indépendant de la plate-forme et efficace. Le flux d'exécution utilise l'interprète pour la simplicité et le compilateur JIT pour l'optimisation des performances, permettant aux programmes Java de fonctionner efficacement sur diverses plates-formes.

Résumer:

• Le JVM joue un rôle clé pour garantir que le code Java est portable et efficace. Il charge d'abord le bytecode, puis l'exécute via un interprète (plus lent) ou un compilateur JIT (plus rapide).
• En utilisant JIT et Hot Spots, le JVM optimise les performances tout en maintenant la possibilité d'exécuter le même bytecode sur différentes plates-formes.

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