「java编程原理图解」编程基础原理
今天给各位分享java编程原理图解的知识，其中也会对编程基础原理进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！
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java虚拟机工作原理图解
Java虚拟机
一、什么是Java虚拟机
Java虚拟机是一个想象中的机器,在实际的计算机上通过软件模拟来实现。Java虚拟机有自己想象中的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。
1.为什么要使用Java虚拟机
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
2.谁需要了解Java虚拟机
Java虚拟机是Java语言底层实现的基础,对Java语言感兴趣的人都应对Java虚拟机有个大概的了解。这有助于理解Java语言的一些性质,也有助于使用Java语言。对于要在特定平台上实现Java虚拟机的软件人员,Java语言的编译器作者以及要用硬件芯片实现Java虚拟机的人来说,则必须深刻理解Java虚拟机的规范。另外,如果你想扩展Java语言,或是把其它语言编译成Java语言的字节码,你也需要深入地了解Java虚拟机。
3.Java虚拟机支持的数据类型
Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型如下:
byte://1字节有符号整数的补码
short://2字节有符号整数的补码
int://4字节有符号整数的补码
long://8字节有符号整数的补码
float://4字节IEEE754单精度浮点数
double://8字节IEEE754双精度浮点数
char://2字节无符号Unicode字符
几乎所有的Java类型检查都是在编译时完成的。上面列出的原始数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记。*作这些原始数据类型数据的字节码(指令)本身就已经指出了*作数的数据类型,例如iadd、ladd、fadd和dadd指令都是把两个数相加,其*作数类型别是int、long、 float和double。虚拟机没有给boolean(布尔)类型设置单独的指令。boolean型的数据是由integer指令,包括integer 返回来处理的。boolean型的数组则是用byte数组来处理的。虚拟机使用IEEE754格式的浮点数。不支持IEEE格式的较旧的计算机,在运行 Java数值计算程序时,可能会非常慢。
虚拟机支持的其它数据类型包括:
object//对一个Javaobject(对象)的4字节引用
returnAddress//4字节,用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令
注:Java数组被当作object处理。
虚拟机的规范对于object内部的结构没有任何特殊的要求。在Sun公司的实现中,对object的引用是一个句柄,其中包含一对指针:一个指针指向该object的方法表,另一个指向该object的数据。用Java虚拟机的字节码表示的程序应该遵守类型规定。Java虚拟机的实现应拒绝执行违反了类型规定的字节码程序。Java虚拟机由于字节码定义的限制似乎只能运行于32位地址空间的机器上。但是可以创建一个Java虚拟机,它自动地把字节码转换成64位的形式。从Java虚拟机支持的数据类型可以看出,Java对数据类型的内部格式进行了严格规定,这样使得各种Java虚拟机的实现对数据的解释是相同的,从而保证了Java的与平台无关性和可
移植性。
二、Java虚拟机体系结构
Java虚拟机由五个部分组成:一组指令集、一组寄存器、一个栈、一个无用单元收集堆(Garbage-collected-heap)、一个方法区域。这五部分是Java虚拟机的逻辑成份,不依赖任何实现技术或组织方式,但它们的功能必须在真实机器上以某种方式实现。
1.Java指令集
Java虚拟机支持大约248个字节码。每个字节码执行一种基本的CPU运算,例如,把一个整数加到寄存器,子程序转移等。Java指令集相当于Java程序的汇编语言。
Java指令集中的指令包含一个单字节的*作符,用于指定要执行的*作,还有0个或多个*作数,提供*作所需的参数或数据。许多指令没有*作数,仅由一个单字节的*作符构成。 虚拟机的内层循环的执行过程如下:
do{
取一个*作符字节;
根据*作符的值执行一个动作;
}while(程序未结束)
由于指令系统的简单性,使得虚拟机执行的过程十分简单,从而有利于提高执行的效率。指令中*作数的数量和大小是由*作符决定的。如果*作数比一个字节大,那么它存储的顺序是高位字节优先。例如,一个16位的参数存放时占用两个字节,其值为:
第一个字节*256+第二个字节字节码指令流一般只是字节对齐的。指令tableswitch和lookup是例外,在这两条指令内部要求强制的4字节边界对齐。
2.寄存器
Java虚拟机的寄存器用于保存机器的运行状态,与微处理器中的某些专用寄存器类似。
Java虚拟机的寄存器有四种:
pc:Java程序计数器。
optop:指向*作数栈顶端的指针。
frame:指向当前执行方法的执行环境的指针。
vars:指向当前执行方法的局部变量区第一个变量的指针。
Java虚拟机
Java虚拟机是栈式的,它不定义或使用寄存器来传递或接受参数,其目的是为了保证指令集的简洁性和实现时的高效性(特别是对于寄存器数目不多的处理器)。
所有寄存器都是32位的。
3.栈
Java虚拟机的栈有三个区域:局部变量区、运行环境区、*作数区。
(1)局部变量区 每个Java方法使用一个固定大小的局部变量集。它们按照与vars寄存器的字偏移量来寻址。局部变量都是32位的。长整数和双精度浮点数占据了两个局部变量的空间,却按照第一个局部变量的索引来寻址。(例如,一个具有索引n的局部变量,如果是一个双精度浮点数,那么它实际占据了索引n和n+1所代表的存储空间。)虚拟机规范并不要求在局部变量中的64位的值是64位对齐的。虚拟机提供了把局部变量中的值装载到*作数栈的指令, 也提供了把*作数栈中的值写入局部变量的指令。
(2)运行环境区 在运行环境中包含的信息用于动态链接,正常的方法返回以及异常传播。
·动态链接
运行环境包括对指向当前类和当前方法的解释器符号表的指针,用于支持方法代码的动态链接。方法的class文件代码在引用要调用的方法和要访问的变量时使用符号。动态链接把符号形式的方法调用翻译成实际方法调用,装载必要的类以解释还没有定义的符号,并把变量访问翻译成与这些变量运行时的存储结构相应的偏移地址。动态链接方法和变量使得方法中使用的其它类的变化不会影响到本程序的代码。
·正常的方法返回
如果当前方法正常地结束了,在执行了一条具有正确类型的返回指令时,调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的寄存器,并把调用者的程序计数器增加一个恰当的数值,以跳过已执行过的方法调用指令,然后在调用者的执行环境中继续执行下去。
·异常和错误传播
异常情况在Java中被称作Error(错误)或Exception(异常),是Throwable类的子类,在程序中的原因是:①动态链接错,如无法找到所需的class文件。②运行时错,如对一个空指针的引用
·程序使用了throw语句。
当异常发生时,Java虚拟机采取如下措施:
·检查与当前方法相联系的catch子句表。每个catch子句包含其有效指令范围,能够处理的异常类型,以及处理异常的代码块地址。
·与异常相匹配的catch子句应该符合下面的条件:造成异常的指令在其指令范围之内,发生的异常类型是其能处理的异常类型的子类型。如果找到了匹配的catch子句,那么系统转移到指定的异常处理块处执行;如果没有找到异常处理块,重复寻找匹配的catch子句的过程,直到当前方法的所有嵌套的 catch子句都被检查过。
·由于虚拟机从第一个匹配的catch子句处继续执行,所以catch子句表中的顺序是很重要的。因为Java代码是结构化的,因此总可以把某个方法的所有的异常处理器都按序排列到一个表中,对任意可能的程序计数器的值,都可以用线性的顺序找到合适的异常处理块,以处理在该程序计数器值下发生的异常情况。
·如果找不到匹配的catch子句,那么当前方法得到一个"未截获异常"的结果并返回到当前方法的调用者,好像异常刚刚在其调用者中发生一样。如果在调用者中仍然没有找到相应的异常处理块,那么这种错误传播将被继续下去。如果错误被传播到最顶层,那么系统将调用一个缺省的异常处理块。
(3)*作数栈区 机器指令只从*作数栈中取*作数,对它们进行*作,并把结果返回到栈中。选择栈结构的原因是:在只有少量寄存器或非通用寄存器的机器(如Intel486)上,也能够高效地模拟虚拟机的行为。*作数栈是32位的。它用于给方法传递参数,并从方法接收结果,也用于支持*作的参数,并保存*作的结果。例如,iadd指令将两个整数相加。相加的两个整数应该是*作数栈顶的两个字。这两个字是由先前的指令压进堆栈的。这两个整数将从堆栈弹出、相加,并把结果压回到*作数栈中。
每个原始数据类型都有专门的指令对它们进行必须的*作。每个*作数在栈中需要一个存储位置,除了long和double型,它们需要两个位置。* 作数只能被适用于其类型的*作符所*作。例如,压入两个int类型的数,如果把它们当作是一个long类型的数则是非法的。在Sun的虚拟机实现中,这个限制由字节码验证器强制实行。但是,有少数*作(*作符dupe和swap),用于对运行时数据区进行*作时是不考虑类型的。
4.无用单元收集堆
Java的堆是一个运行时数据区,类的实例(对象)从中分配空间。Java语言具有无用单元收集能力:它不给程序员显式释放对象的能力。Java不规定具体使用的无用单元收集算法,可以根据系统的需求使用各种各样的算法。
5.方法区
方法区与传统语言中的编译后代码或是Unix进程中的正文段类似。它保存方法代码(编译后的java代码)和符号表。在当前的Java实现中,方法代码不包括在无用单元收集堆中,但计划在将来的版本中实现。每个类文件包含了一个Java类或一个Java界面的编译后的代码。可以说类文件是Java 语言的执行代码文件。为了保证类文件的平台无关性,Java虚拟机规范中对类文件的格式也作了详细的说明。其具体细节请参考Sun公司的Java虚拟机规范。
内容来源于网上。
java语法基础,具体内容
Java基础——Java开发前奏
Java的特点
Java最主要的特点是：一次编译，到处运行（Write Once, Run Anywhere.）。
原理：Java源程序经编译后生成.class字节码文件，.class文件由Java虚拟机（JVM）解释执行。不同的操作系统下，只要有相应的Java字节码解释程序，.class文件就能够运行，这是Java跨平台性的根本。c和java编程与执行的过程如下图所示：
Java的内涵
1、是一种编程语言
2、是一套开发工具
3、是一个运行环境
Java应用平台
1、J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition）——用于企业级应用程序的开发
2、J2SE（Java 2 Platform Standard Edition）——用于普通标准应用程序的开发
3、J2ME（Java 2 Platform Micro Edition）——用于小型消费类电子产品或嵌入式系统的开发
J2SE包括4部分——JVM、JRE、JDK与Java语言。
环境变量的设置
环境变量——在操作系统中定义的变量，可供操作系统上所有的应用程序使用。
1、查看环境变量
a.命令提示行：环境变量的命令——set （环境变量名）
b.窗口方式：我的电脑-属性-高级-环境变量
2、设置path环境变量
path环境变量的作用：设置操作系统寻找和执行应用程序的路径。
JAVA_HOME：C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_14
path：%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin
3、设置classpath环境变量
classpath环境变量的作用：让Java执行环境找到指定的java程序（.class文件）。
classpath：.;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar
注意：a.%JAVA_HOME%前面有“.;”，“.”表示当前目录，两个路径之间用“;”隔开。
b.设置classpath的路径中不能有空格，也不能有中文字符。
JVM的运行过程
Java反编译工具——JAD、FrontEnd
Java开发工具
1、记事本
注意保存时文件名应为*.java。
2、UltraEdit、EditPlus
使用EditPlus编辑和编译Java程序，需要进行相应配置。选择“工具”-“参数选择”-“工具”-“用户工具”-“添加工具”-“应用程序”。首先设置“javac”的参数，具体如下图，其中“命令”为javac.exe文件的地址。
然后设置“java”的参数，如下图所示，其中“命令”为java.exe文件的路径。
设置好后默认“javac”工具的快捷键为Ctrl+1，“java”工具的快捷键为Ctrl+2。当编辑好Java源程序后，使用Ctrl+1即可对其进行编译，然后按Ctrl+2运行程序。如下图所示：
3、集成开发环境——Eclipse、MyEclipse、JBuilder等。
关于Eclipse和MyEclipse，刚用的时候感觉二者差不多，查了资料才知道Eclipse 是基础，如同操作系统；而MyEclipse是在Eclipse上面运行的程序，不过进行了增强并提供了新功能。
以前用过Microsoft的Visual Studio 2005，个人感觉VS2005是一个功能非常强大的集成开发环境，不过.NET和Java毕竟不是一家人，学Java还是要用Eclipse的。
JDK中的常用包
1、java.lang——包含一些Java语言的核心类，如String、Math、Thread、System、Integer类等。
2、java.awt——包含构成抽象窗口工具集的多个类，用来构建和管理应用程序的图形用户界面（GUI）。
3、java.applet——包含applet运行所需的一些类。
4、java.net——包含执行与网络相关操作的类。
5、java.io——包含能提供多种输入/输出功能的类。
6、java.util——包含一些实用工具类。
Java的命名习惯
1、包名中的字母一律小写。如：xxxyyyzzz。
2、类名、接口名应使用名词，每个单词的首字母大写。如：XxxYyyZzz。
3、方法名，第一个单词小写，后面每个单词的首字母大写。如：xxxYyyZzz。
4、变量名，第一个单词小写，后面每个单词的首字母大写。
5、常量名中的每个字母一律大写。如：XXXYYYZZZ。
Java基础——Java语法基础（1）
Java代码基本格式
Java中所有程序代码都必须存在于一个类中，用class关键字定义类，在class之前可以有一些修饰符。格式如下：
修饰符 class 类名
{
程序代码
}
注：
1、Java是严格区分大小写的。
2、Java程序中一句连续的字符串不能分开在两行中写。
Java程序的注释
Java里的注释有三种类型：
1、单行注释
在注释内容前面加“//”，格式为：
代码; //注释内容
2、多行注释
以斜杠加星号开头，以星号加斜杠结尾。
3、文档注释
以斜杠加两个星号开头，以一个星号加斜杠结束。
用这种方法注释的内容会被解释成程序的正式文档，并能包含进诸如javadoc之类的工具程序生成的文档里，用以说明该程序的层次结构及其方法。
补充：
1、多行注释中可以嵌套“//”注释，但不能嵌套多行注释符号。
2、程序注释一般占程序代码总量的20%-50%，“可读性第一，效率第二”。
Java中的标识符
Java中的包、类、方法、参数、变量的名字，可以由任意顺序的大小写字母、数字、下划线（_）、美元符号（$）组成，但不能以数字开头，不能是Java中的保留关键字。
Java的关键字
1、用于类和接口的声明：class, extends, implements, interface
2、包引入和包声明：import, package
3、数据类型：byte, boolean, char, double, int, long, float, short
4、某些数据类型的可选值：flase, ture, null
5、流程控制：break, case, continue, default, do, else, for, if, return, switch, while
6、异常处理：catch, finally, throw, throws, try
7、修饰符：abstract, final, native, private, protected, public, static, synchronilzed, transient, volatitle
8、操作符：instanceof
9、创建对象: new
10、引用：this, supper
11、方法返回类型：void
12、保留字：const, goto
Java中的常量
1、整形常量
十进制
十六进制——以0x或0X开头
八进制——以0开头
长整形——以L(l)结尾
2、浮点数常量
单精度浮点数——后面加f(F)
双精度浮点数——后面加d(D)
注：
a.小数常量的默认类型是double型，所以float类型常量后一定要加f(F)。
b.浮点数常量可以用指数形式表示，如5.022e+23f
3、布尔常量
true或false
4、字符常量
由英文字母、数字、转义序列、特殊字符等的字符所表示，如'a'、'\t'等。
Java中的字符占两个字节，是用Unicode码表示的，也可以使用'\u'加Unicode码值来表示对应字符，如'\u0027'。
常用的转义字符有：
\t——表示接受键盘输入，相当于按了一下回车键
\n——表示换行
\t——表示制表符，相当于Tab键
\b——表示退格键，相当于Back Space键
\'——表示单引号
\”——表示双引号
\\——表示反斜杠“\”
5、字符串常量
字符串常量用双引号括起来。
6、null常量
null常量表示对象的引用为空。
Java的变量类型
基本数据类型之间的转换
1、自动类型转换（隐式类型转换）
条件：
a.两种类型彼此兼容
b.目标类型的取值范围要大于源类型
2、强制类型转换（显示类型转换）
格式：目标类型 常量 = （目标类型）值
注：字符串可以使用加号“+”同其他的数据类型相连而形成一个新的字符串。
变量的作用域
代码块决定了变量的作用域，作用域决定了变量的可见性和存在时间。
局部变量
在一个函数或函数里面的代码块中定义的变量称为局部变量。
局部变量在进行取值操作前必须被初始化或进行过赋值操作。
函数
1、定义函数的格式
返回值类型 函数名（参数类型 形式参数1，参数类型形式参数2，...）
{
程序代码
return 返回值;
}
2、函数的重载
函数的重载就是在一个类中可以同时存在一个以上的同名函数，只要它们的参数个数或类型不同即可。
Java基础——Java语法基础（2）——运算符
Java中的运算符
1、算术运算符
a.字符串 + 其他类型 = 字符串
b.如果对负数求余，可以把除数负号忽略不计，如5 % -1 = 1。但如果被除数是负数就另当别论了。
2、赋值运算符
a.在Java中，可以把赋值语句连在一起，如：x = y = z = 5;
b.x += y相当于x = x + y
3、比较运算符
a.要注意比较运算符“==”和赋值运算符“=”的区别，特别是布尔型变量进行比较时。
b.可以将比较运算的表达式写为“false == 变量”的形式，以防止误写为赋值运算。
4、逻辑运算符
a.逻辑运算符用于对boolean型结果的表达式进行运算，运算的结果都是boolean型 。
b.“”和“”的区别在于，如果使用前者连接，那么无论任何情况，“”两边的表达式都会参与计算。如果使用后者连接，当“”的左边为false，则将不会计算其右边的表达式。“|”和“||”的区别与“”和“”的区别一样。
5、位运算符
位运算——对数据按二进制位进行移位操作。
适用类型：byte, short, char, int, long
位运算包括：
位与
| 位或
^ 位异或
左移，左移n位相当于乘以2的n次方
右移，右移n位相当于除以2的n次方
无符号右移
注：
a.位运算符也可以与“=”赋值运算符组合产生新的赋值运算符，如：=, =等。
b.移位不会改变变量本身的值，如a1在一行语句中单独存在毫无意义。
c.对低于int型的操作数将先自动转换为int型再移位；对int型整数移位ab，系统先将b对32取模，得到的结果才是真正移位的位数；对于long型整数移位时则是先将移位位数对64取模。
运算符的优先级
编程技巧：
1、不要在一行中编写太复杂的表达式，可以将其分解为几条语句。
2、多用括号。
Java基础——Java语法基础（3）
程序控制流程
1、顺序结构
按顺序执行
2、if条件语句
a.if...
b.if...else...
可简写为：变量 = 布尔表达式? 语句1:语句2;
c.if...else if...else...
3、switch选择语句
switch(表达式)
{
case 取值1:
语句块1;
break;
...
case 取值n:
语句块n;
break;
default:
语句块n+1;
break;
}
4、while循环语句
while(条件表达式)
{
执行语句
}
5、do while循环语句
do
{
执行语句
}while(条件表达式)
6、for循环语句
for(初始化表达式;循环条件表达式;循环后操作表达式)
{
执行语句
}
7、增强for循环
for (循环变量类型 循环变量名称: 要被遍历的对象)
{
执行语句
}
8、break与continue语句
a.一个无标号的break语句会把控制传回当前最内层循环（while,do,for,switch）的下一条语句。
b.无标号的continue语句的作用是跳过当前循环的剩余语句块，接着执行下一次循环。
数组
1、数组的定义
如：int[] x = new int[100];
或int x[] = new int[100];
2、数组的静态初始化
如：int[] aa = new int[] {3,4,5};
3、多维数据
如：
int[][] xx = new int[3][];
xx[0] = new int[3];
xx[1] = new int[2];
4、一些与数组相关的函数
a. System.arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest,int destPos,int length)复制数组，将源数组srcPos开始的length个元素从目标数组的destPos位置开始存储。
b. Array.sort()数组升序排序
java编程原理（简单的说一下)
Java的编程原理 编译原理： 先写Java的源代码。 然后交给虚拟机 虚拟机将其编译为 字节码 然后再进行运行。 Java的编译后的字节码，不是成为机器码。它必须要求有编译器在旁解释。 它是解释型编译编程原理： Java 主要面向OOP， Java 面向对象编程语言，基本上写每个程序 都在面向整个世界的对象 而描写，Java比你学过的C++ 更为灵活。比如接口、 或者你需要更多的答案。 请提问
java工作原理
Java工作原理
由四方面组成：
（1）Java编程语言
（2）Java类文件格式
（3）Java虚拟机
（4）Java应用程序接口
当编辑并运行一个Java程序时，需要同时涉及到这四种方面。使用文字编辑软件（例如记事本、写字板、UltraEdit等）或集成开发环境（Eclipse、MyEclipse等）在Java源文件中定义不同的类 ，通过调用类（这些类实现了Java API）中的方法来访问资源系统，把源文件编译生成一种二进制中间码，存储在class文件中，然后再通过运行与操作系统平台环境相对应的Java虚拟机来运行class文件，执行编译产生的字节码，调用class文件中实现的方法来满足程序的Java API调用 。
java编程原理图解的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于编程基础原理、java编程原理图解的信息别忘了在本站进行查找喔。