相信很多的小伙伴在最初学习编程的时候会容易产生一个疑惑❓,那就是编写的Java代码究竟是怎么一步一步到CPU上去执行的呢?CPU又是如何执行的呢?今天跟随小编的脚步去化解开这个疑惑❓。
在学习这个过程之前,我们需要先讲解一些与本内容相关的知识点
- 指令
指令是指导CPU运行的命令,主要由操作码+被操作数组成。
其中操作码用来表示要做什么动作,被操作数是本条指令要操作的数据,可能是内存地址,也可能是寄存器编号等。
指令本身也是一个数字,用二进制形式保存在内存的某个区域中。
- PC
PC是程序计数器,它的主要作用是存储下一条将要执行指令的地址。在CPU执行过程中,PC始终存储下一条指令的地址,确保指令能够按顺序执行。
- 机器码
机器码其实是汇编语言,汇编语言就是计算机硬件能读懂的语言,不同的操作系统对应的汇编语言也是不一样的(如最后一个总结图)。
简单了解完上面这两个概念后,我们将开启正在的探索……🚩
过程大体可以分为以下几个步骤 ①编写代码->②编译源代码->③加载字节码->④链接类->⑤初始化类->⑥转换字节码为机器码->⑦CPU执行指令,解析来我们来说明每个步骤一些具体的内容
🍉:用户使用编译器完成Java代码的编写。
🍉:使用Javac对源代码进行编译,形成字节码文件(Java的跨平台离不开字节码文件的生成)。
🍉:将编译好的字节码文件加载到JVM中(若JVM事先没有启动需要先启动JVM)。
🍉:链接类需要做的有三个,第一个是验证阶段,验证阶段是为了确保字节码的准确性;第二个是准备阶段,准备阶段是为类的静态变量分配内存并设置其默认初始值;第三个阶段是解析阶段,解析阶段是为了将符号引用转化为直接引用。
🍉:在链接之后,JVM会对类进行初始化,执行静态初始化块和初始化静态变量。
🍉:JVM完成上述操作后,此时需要将字节码转换为机器码,机器码顾名思义也就是计算机可以识别出来的语言,机器码也是CPU执行的指令。
🍉:指令执行前会需要将刚刚所转化的机器码加载到内存上来,PC(程序计数器)会在计算机程序开始执行时,操作系统或者BIOS会将程序的入口点地址(即第一条指令的地址)加载到PC中。这意味着PC在开始执行程序之前就已经被设置了第一条指令的地址。然后PC会将地址传递给CPU,CPU会根据相应的地址去内存中加载对应地址的指令,随后这条指令会被存储在指令寄存器中,然后CPU会开始进行对这条指令的解析,然后去执行这条指令。当指令执行完毕的时候,PC会进入更新状态,程序计数器+1(程序计数器+1,其中这个1指的是字节数,如果是单字节,那么1变为整数1,如果是多字节则可能是其他值,),以指向下一条指令的地址(注意这里是地址,不是指令本身)。
上文中初指指向0也说明了上文中第一条执行指令的地址,当第一条执行执行完毕之后,PC+1,指向下一条指令的地址(上图中的地址是16进制转10进制形式表示的)。
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在执行过程中JVM会进行垃圾的回收,自动管理不再使用的对象并释放空间。
最后小编拿一个图大致的总结一下今天的内容。
内容到这里就全部讲解结束啦,希望对大家会有收获。✊✊✊