怎么理解Java 執行過程中的內存模型變化

今天就跟大家聊聊有關怎么理解Java 執行過程中的內存模型變化，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

主要工作：嘗試以時間順序追蹤一遍 Java 執行的整個過程，以及展示 JVM 中內存模型的相應變化。

主要目的：希望能夠通過 Java 執行過程的冰山一角，增進對編程語言工作原理的理解。

以下面這段代碼為例，追蹤它的執行過程：

public class Car {
    private int speed;

    public void setSpeed(int speed) {
        this.speed = speed;
    }

    public void getSpeed() {
        System.out.println(speed);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        car.setSpeed(3);
        car.getSpeed();
    }
}

二、執行過程

接下來是具體的執行過程，總共包含五個步驟：編譯、加載、執行 main 方法、執行成員方法、方法返回。

Step1：編譯

首先，在我們完成上述這段源碼之后，要想讓程序跑起來，我們需要將其編譯成為字節碼文件。字節碼是一種跨平臺的JVM機器語言，它能夠被JVM所解析，而無關底層的操作系統。

Step2：加載

當代碼需要被調用時，JVM 會加載目標字節碼至方法區，并轉化為方法區的運行時數據結構，這里的加載過程是通過類加載器完成的。然后內存中（不一定是堆）會生成一個代表這個類的 java.lang.Class 對象，作為方法區這個類的各種數據結構的訪問入口。

Step3：執行 main 方法

main 方法可以通過 java.lang.Class 對象進行調用，參考如下代碼：

Method method = targetClass.getDeclareMethod("main", String[].class);
method.invoke(null, (Object) new String[0]);

之后 PC 寄存器將會指向方法區中的 main 函數地址，線程棧中會生成對應的棧楨，其主要用于存放當前方法的局部變量表、操作棧、以及方法返回地址。接下來，PC 寄存器向后地址偏移，執行引擎開始執行 main 方法體。當語句 Car car = new Car() 執行完畢，棧楨與堆中的相應變化如下：

Step4：執行成員方法

對象 car 的 setSpeed 方法調用過程和 main 類似，通過索引 car 的成員方法地址，PC寄存器將指向方法區中的 setSpeed 函數地址，同時線程棧中將產生新的棧楨，其中的方法返回地址用于保存原有 PC 地址偏移。當賦值語句 this.speed = speed 執行完畢，棧楨與堆中發生的相應變化如下：

Step5：方法返回

隨著 setSpeed 方法的執行結束，Stack 中的相應棧楨出棧，棧頂指針重新指向 main 棧楨。同時 PC 寄存器將根據方法返回地址進行還原，從而繼續執行 main 的方法體。當 main 方法也執行完畢出棧后，主線程與虛擬機實例銷亡，程序結束。

虛擬機或某一門程序語言，作為一種底層實現，可以滿足上層用戶的絕大部分需求，但是需求是與時俱進的，總有一天用戶需要編寫自己的底層實現，比如組件、框架、一門新語言。這時需要打開原有的規范，先破壞它，再重建它，從而定義自己的規范。這也許是我們需要探究底層的緣由之一吧。

看完上述內容，你們對怎么理解Java 執行過程中的內存模型變化有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。