java 的运行机制是什么?

简单来说Java程序的运行机制

编写 、编译 、运行 三个行含步骤。

运行机制 主要是指

编译 、运行的过程

1、编译

Java编译和消器对源文件进行错误排查的过程，编译后将生成后缀名为.class的字节码文件。好让JVM(java虚拟机)里的解释器可以正常读取。

2、运行

三步 代码的装入、代码的校验和代码的执行

2.1 、 代码的装入

JVM控制解释器中的“类装载器”去读取和装载程序所需的类(class的字节码)。然后解释器开始建立类与类之间的关系。

2.2、 代码的校验

字节码校验器进行检查：校验器可发现 *** 作数栈溢出，非法数据类型转化等多种错误。

2.3、 代码的执行

执行也分两种情况

即时编译方式：解档棚笑释器先将字节码编译成机器码，然后再执行该机器码。

解释执行方式：解释器通过每次解释并执行一小段代码来完成Java字节码程 序的所有 *** 作。

通常采用的是第二种方法。由于JVM规格描述具有足够的灵活性，这使得将字节码翻译为机器代码的工作

异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，干扰了正常的指令流程。Java通 过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的 错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。

一、相关知识

1、在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。

Throwable： 有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

Error（错误）:是程序无法处理的错误迹册，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的 *** 作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行 *** 作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。

Exception（异常）:是程序本身可以处理的异常。Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用 *** 作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。

2、通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。

可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

不可查异常(编译姿薯宏器不要求强制处置的异常):包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

3、Exception 这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。

运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子手嫌句声明抛出它，也会编译通过。

非运行时异常 （编译异常）：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

二、处理机制

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。

抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。

对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。

能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。

任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。

从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。

捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。

总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。

》类大漏装载器结构(classloader)\x0d\x0a\x0d\x0a》class文件检查器(theclassfileverifier)\x0d\x0a\x0d\x0a》内置于Java虚拟机(及语言)的安全特性\x0d\x0a\x0d\x0a》安全管理器及JavaAPI(securitymanager)\x0d\x0a\x0d\x0a在Java沙箱中，类装载器体系结构是第一道防线。它在三个方面对Java的沙箱起作用：\x0d\x0a\x0d\x0a1>它防止恶意代码区干涉善意的代码\x0d\x0a\x0d\x0a2>它守护了被信任的代码的边界\x0d\x0a\x0d\x0a3>它将代码归于某类(称为保护域)，该类确定了代码可以进行哪种 *** 作\x0d\x0a\x0d\x0aClass文件检查器：\x0d\x0a\x0d\x0aClass文件检查器保证装载的class文件内容有正确的内部结构，并且这些class文件互相间协调一致。Class文件检查器实现的安全目标之一就是程序的健壮性。如果某个有漏洞的编译器，或某个聪明的黑客，产生了一个class文件，而这个class文件中包含了一个方法，则合格方法的字节码中含有一条跳转到方法之外的指令，那么，一旦这个方法被调用，它将导致虚拟机的崩溃，所以，处于对健壮性的考虑，由虚拟机检验它装载的字节码的完整性非常重要。\x0d\x0a\x0d\x0aClass文件检查器要进行四趟独立的扫描来完成它的 *** 作。\x0d\x0a\x0d\x0a第一趟：Class文件的结构检查\x0d\x0a\x0d\x0a在这一趟扫描中，对每一段将被当做类型导入的字节序列，Class文件检查器都会确认它是否符合JavaClass文件的节本结构。在这一趟检查中检查器会进行很多检查例如：每个Class文件都必须以四个同样的字节开始：0xCAFEBABE。因为这个魔数Class文件分析器会很容易判断出某个文件具有明显问题而加以拒绝。检查器还必须确认在Class文件中声明的版本号和次版本号，这个版本号必须在这个虚拟机实现可以支持的范围之内。而且第一趟扫描还必须确认这个Class文件有滚铅烂没有被删减。总之第一趟扫描的目的就是保证这个字节序列正确的定义了一个新类型。\x0d\x0a\x0d\x0a第二趟：类型数据的语义检查\x0d\x0a\x0d\x0a第二趟扫描，检查器要查看每个组成部分，确认它们是否是其所属类型的实例，他们的结构是否正确。另外还要检查这个类本身是否符合特定的条件，它们是由Java编程语言规定的。例如，检查器强制规定除Object类以外的类必须有一个超类，或者检查final类有没有被子化等。\x0d\x0a\x0d\x0a第三趟：字节码验证\x0d\x0a\x0d\x0a这一趟是要确保采用任何路径在字节码流中都得到一个确定的 *** 作码，确保 *** 作数栈总是包含正确的数值以及正确的类型。\x0d\x0a\x0d\x0a第四趟：符号引用的验证\x0d\x0a\x0d\x0a在动态链接的过程中，如果包含在一个Class文件中的符号引用被解析时，Class文件检查器要进行第四趟检查。第四趟扫描仅仅是动态链接过程的一部分。当一个Class文件被装载时，它包含了对其他类的符号引用以及它们的字段和方法。一个符号引用是一个字符串，它给出了名字，并且可能还包含了其他关于这个被引用项的信息------这些信息必须足以唯一的识别一个类、方法、字段。这样对于其他类的符号引用必须给出这个激袭类的全名；对于其他类的字段的符号引用必须给出类名、字段名以及字段描述符；对于其他类中的方法的引用必须给出类名、方法名以及方法的描述符。\x0d\x0a\x0d\x0a所谓的动态链接是一个将符号引用解析为直接引用的过程。\x0d\x0a\x0d\x0a此外，由于Java程序是动态链接的，所以Class文件检查器在进行第四次扫描中，必须检查相互引用类之间的兼容性。\x0d\x0a\x0d\x0a除此之外，Java虚拟机还有一些内置的安全特性：\x0d\x0a\x0d\x0a》类型安全的引用转换\x0d\x0a\x0d\x0a》结构化的内存访问\x0d\x0a\x0d\x0a》自动垃圾收集（不必显式地释放被分配的内存）\x0d\x0a\x0d\x0a》空引用检查\x0d\x0a\x0d\x0a通过保证一个Java程序只能使用类型安全的、结构化的方法去访问内存，Java虚拟机使得Java程序更为健壮。

---