Как скомпилировать java в линукс

Обновлено: 06.07.2024

Написание и выполнение Java-кода

Чтобы сделать пример более наглядным, я буду использовать некоторые очень простые Java-классы, которые связаны друг с другом через композиции или наследования и находятся в одном пакете с именем dustin.examples. В двух классах отсутствует функция main , в третьем классе Main.java есть функция main , которая позволяет продемонстрировать запуск класса без IDE. Ниже приведен код этих трех классов: Parent.java Child.java Main.java На следующем скриншоте показана структура каталогов с этими классами .java.Снимок экрана показывает, что исходные файлы в иерархии каталогов, представляющей имя пакета (dustin/examples, потому что информация о пакете dustin.examples) и что этот пакет отражающей иерархию каталогов находится под подкаталоге SRC. Я также создал подкаталог классов (который в настоящее время пуст) для размещения скомпилированных файлов .class потому Javac не создаст этот каталог, когда он не существует.

Здание с JAVAC и запуск с Java

Построение и запуск с Ant

Для простейших Java приложений, это довольно проста в использовании JAVAC и Java для создания и запуска приложения, соответственно, как только что продемонстрировали. Как приложения получить немного сложнее (например, код существующей в более чем один пакет / каталог или более сложных классам зависимостей от сторонних библиотек и фреймворков), такой подход может стать громоздким. Apache Ant является старейшим из "большой тройки" Явы построить инструменты и был использован в тысячи приложений и развертывания. Как я уже говорил в предыдущем посте блога, очень простой Ant построить файл легко создать, особенно если начинается с шаблона, как я изложил в этой должности. Следующий список кода предназначен для Ant файла build.xml, которую можно использовать для составления .java файлы в файлы .class а затем запустить класс dustin.examples.Main как это было сделано выше с JAVAC и Java. build.xml Я не использовал Ant свойства и не входит общих целей я обычно включают (например, "чистых" и "Javadoc"), чтобы сохранить этот пример как можно более простым и держать его близко к предыдущему примеру с помощью JAVAC и Java. Отметим также, что я включил "отладки" установлен на "истинный" для JAVAC Ant задачи, потому что это не так в случае отказа Ant, но верно с умолчанию JAVAC в. Не удивительно, Javac задача и Java задача Муравья напоминают JAVAC команда инструменты и Java. Потому что я использовал имя по умолчанию Ant ожидает файла сборки, когда он не указан явно (build.xml) и потому что я предоставил "Выполнить" цель как "по умолчанию" для этого сборки и потому, что я включен "скомпилировать" как зависимость запустить "Run" цель и потому Ant был на пути моем окружении в, все, что нужно сделать в командной строке, чтобы получить Ant для компиляции и запуска пример типа "муравей" в каталоге с файлом build.xml. Это показано в следующем снимке экрана. Хотя я продемонстрировал компиляции и выполнения простого приложения Java с Ant, я, как правило, только компилировать с Ant и бежать с Java (или скрипта, который вызывает Java, если путь к классам, являются тяжкими).

Построение и запуск с Maven

Построение и запуск с Gradle

Gradle является самым молодым, модных и стильных из трех основных инструментов Java сборки. Я иногда скептически относятся к существу то, что является модным, но я нашел много вещей, чтобы нравится Gradle (написанной в Groovy вместо XML, встроенный в Ant поддержки, встроенной поддержкой Ivy, конфигурации по соглашению, которое легко перенастроен , поддержка хранилища Maven, и т.д.). Следующий пример показывает сборки Gradle, который можно использовать, чтобы скомпилировать и запустить простое приложение, которое является основным пример кода для этого поста. Это адаптированный примере я представил в блоге Simple Gradle Java Plugin Customization. build.gradle Первые две строки из файла build.gradle указать применение плагина Java и плагином Application, в результате чего кучу функциональности автоматически этой сборке. Определение «sourceSets" и "sourceSets.main.output.classesDir" позволяет перекрывать каталогов по умолчанию Java плагина Gradle для исходного кода Java и скомпилированных двоичных классов соответственно."MainClassName" позволяет явным указанием, какой класс должен быть запущен в рамках плагина Application. Линия "defaultTasks" определяет задачи, которые будут работать, просто набрав "Gradle" в командной строке: 'compileJava' является стандартной задачей обеспечивается плагином Java и "Выполнить" является стандартной задачей обеспечивается плагином Application. Потому что я назвал сборки build.gradle и потому я указал задач по умолчанию 'compileJava "и" Выполнить "и потому что я есть установочный бен каталог Gradle на моем пути, все, что я должен был сделать, чтобы построить и запустить примеры было введите "Gradle", и это демонстрируется в следующем снимке экрана. Даже самый большой скептик должен признать, что Gradle сборки очень скользкий для этого простого примера. Она сочетает в себе лаконичность от опираясь на определенные конвенций и предположений с очень легкой механизма переопределения выберите по умолчанию в случае необходимости. Тот факт, что он находится в Groovy вместо XML также очень привлекательным! Как и в случае с Ant и Maven, я, как правило, чтобы построить только с помощью этих инструментов и, как правило, работать скомпилированные файлы .class непосредственно с Java или скрипта, который вызывает Java. Кстати, я, как правило, также архивировать эти .class в баночку для запуска, но это выходит за рамки этой статьи.

Заключение

IDE часто нет необходимости для построения простых приложений и примеры и может быть даже более накладные, чем это стоит для простейших примеров. В таком случае, это довольно легко применять JAVAC и Java непосредственно построить и запустить примеры. Как примеры принимать более активное участие, инструмент для сборки, такие как Ant, Maven, или Gradle становится более привлекательным. Тот факт, что многие среды разработки поддерживают эти утилиты сборки означает, что разработчик может перейти в IDE с помощью встроенного инструмента, созданного ранее в процессе, если было определено, что поддержка IDE был нужен как простое приложение переросла в полноценный проект.

Программирование в IDE — прекрасно: связанность зависимостей кода, удобный дебаг, понятное тестирование, темная тема. Так вот, благодаря IDE разработка развивается семимильными шагами. Но она расслабляет. С каждым днем, погружаясь в функционал IDE, разработчик привыкает к коммиту одной кнопкой или сборке двумя кликами. Гораздо хуже обстоит ситуация с новичками в программировании, которые с самого начала работают в IDE, игнорируя работу в командной строке. Например, в Intellij IDEA компиляция Java приложения демонстрируется загрузочным баром в нижней панели, а все параметры компиляции, обработка classpath и прочих прелестей Java-жизни остается за кадром. Предлагаем поговорить о компиляции в Java без IDE. Для запуска примеров в статье следует убедиться, что на вашей машине установлена JDK 1.7 и старше.

Как скомпилировать программу?

Есть исходный код в файле с именем НазваниеКласса.java;
Если в коде нет ошибок, он компилируется в байт-код (в файл НазваниеКласса.class);
Программа запускается.

Для чего нужна команда javac

Окей, первый пункт выполнен. Идем дальше, чтобы понять: скомпилировать — это как? :) В этом нам поможет команда javac, в аргументе которой необходимо указать нужный файл: Если нет ошибок в коде, рядом с файлом Test.java появится файл Test.class. Это и есть скомпилированный байт-код. Теперь его нужно запустить. Здесь используется команда java, запускающая байт-код: На скриншоте видно, что в выводе получаем какие-то иероглифы: очевидно, это сбитая кодировка. Как правило это происходит в системе Windows. Для корректного отображения кириллицы в консоли, есть следующие команды: Они меняют текущую кодовую страницу командной консоли на время работы текущего окна. Попробуем еще раз: Это говорит приложение из командной строки. Знать принцип работы команды javac очень полезно, так как эта команда лежит в основе любой системы сборки проектов.

Компиляция и выполнение нескольких классов

Для работы с несколькими классами нужен classpath. Он похож на файловую систему, в которой содержатся классы, а функцию папок выполняют пакеты (packages). На этом этапе стоит задуматься об отделении файлов исходного кода от скомпилированных файлов. Как правило исходники находятся в каталоге src, а скомпилированные классы — в bin. Например, у нас есть класс Box и класс BoxMachine , в котором содержится метод main . Класс Box : Он находится в пакете src, это необходимо зафиксировать. Класс BoxMachine : Этот класс также находится в пакете src. В методе main он создает пять объектов класса Box разного размера и выводит в консоль информацию о них. Чтобы скомпилировать эту группу классов, необходимо из главного каталога (в котором лежат папки src и bin) использовать команду javac с аргументами: -d — флаг, после которого следует указать расположение, куда попадут скомпилированные классы. Это очень удобно, так как перекладывать, например, 1000 классов — очень трудоемкий процесс. bin — название папки. ./src/* — расположение исходных файлов. * указывает, что необходимо скомпилировать все файлы. Теперь скомпилированные классы появились в папке bin. Для их запуска используется команда java из той же директории, также с аргументами: -classpath — флаг, после которого следует указать местоположение скомпилированных классов. Java будет искать главный класс и все сопутствующие именно в этой директории. ./bin — название папки, в которой находятся скомпилированные классы. BoxMachine — название главного класса. Как и в первом случае, не следует указывать .class , так как это название класса, а не файла. Вывод:

Создание JAR-файлов

Чтобы программу было легко переносить и запускать, можно собрать скомпилированные классы в jar-файл — архив классов. Главное отличие от zip или rar-архивов — наличие файла манифеста. В этом манифесте указывается главный класс, который будет запускаться при выполнении jar-файла, classpath, а также много дополнительной информации. В главном каталоге создадим файл manifest.mf. Его содержимое будет следующим: main-class указывает класс, который содержит метод main и будет выполнен при запуске. class-path — путь к скомпилированным классам или дополнительным библиотекам. Настало время собрать настоящую программу без IDE с помощью команды jar: -cmf — флаг, после которого следует указать путь к файлу манифеста. manifest.mf — путь к манифесту. box-machine.jar — название выходного jar-файла. -С — флаг, после которого указывается путь к скомпилированным классам. . — путь, куда будет помещен jar-файл. В нашем случае —это главный каталог. Теперь можно запустить. Запуск jar-файлов выполняется также с помощью команды java, но следом нужно указать флаг -jar : он говорит о том, что запускается Jar-файл, а второй аргумент — путь к jar -файлу, включая расширение: Вывод:

Компиляция в Java без IDE: обзор систем сборок

Несмотря на относительную простоту использования командной строки, с ее помощью очень сложно собирать средние и большие проекты. Это занимает много времени и чревато ошибками разной степени. К счастью, есть системы сборки, которые в разы облегчают процесс работы. Несколькими командами эта система может собрать проект любой сложности, а обилие плагинов, созданных за время существования таких систем, может избавить практически от любой головной боли.

Как скомпилировать Java?

Самые известные системы сборки на Java — это Ant, Maven и Gradle. Среди нет плохой или хорошей: каждая из них создана для решения определенных задач. Рассмотрим каждую из них подробнее.

mkdir — создание директорий
delete — удаление файлов и директорий
javac — компиляция Java–кода
java — запуск скомпилированного кода

Maven

Maven предлагает несколько другой подход к сборке проектов. Здесь разработчик скорее описывает свой проект и дополнительные инструменты, которые использует, в отличие от Ant, где сборка — это последовательность действий. Maven популярен среди разработчиков благодаря простому управлению зависимостями и удобной интеграции со всеми средами разработки. При работе с Maven придерживаются такой структуры проекта: Правила сборки, зависимости и прочее описывается в файле pom.xml. Как правило он находится в главной папке проекта. При запуске Maven проверяет структуру и синтаксис файла, предупреждая об ошибках. В главной директории рядом с папками bin и src создаем файл pom.xml, внутрь добавляем: Далее в командной строке выполняем команду mvn: Теперь в папке bin есть папка src, в которой находятся скомпилированные классы. В pom.xml в теге build определена цель сборки — компиляция, директории файлов исходного кода и результата компиляции, а также имя проекта. У Maven есть множество целей сборки и плагинов для запуска тестирования, создания Jar-файлов, сборки дистрибутивов и других задач.

Gradle

Это самая молодая система сборки, которая основывается на Ant и Maven. Главное отличие — работа на базе ациклического графа для определения порядка выполнения задач. Это очень полезно при более сложных задачах, например, инкрементальных и многопроектных сборках. При сборке с помощью Gradle также рекомендуется придерживаться структуры папок проекта Maven. Кстати, файл для сборки в Gradle он называется build.gradle и выглядит гораздо меньше, чем у Maven. Пример для наших классов: В файле происходит подключение плагинов, определение директории файлов исходного кода (если не используется структура проектов Maven), директория результатов сборки, имя главного класса, а также задачи по умолчанию. За запуск сборки отвечает команда gradle в директории, где лежит файл build.gradle:

Заключение

На первый взгляд, умение компиляции и сборки кода без IDE кажется бесполезным. Действительно, зачем мучиться с командными строками и гуглить все команды, когда есть уютная IDEшечка с плагинами, автопроверкой всего что можно (современные IDE разве что уровень IQ не проверяют) и интеграцией с популярными системами. Однако практика показывает, что умение собирать код без среды разработки и понимание каждого шага этого процесса — суровая необходимость. Этот навык сэкономит немало нервных клеток и времени вам и вашей компании. Освоить работу в IDE, попрактиковаться в написании кода и, конечно же, получить фундаментальные основы по программированию на Java вы можете здесь — на JavaRush. Пора вернуться к обучению :)

Сейчас уже никто не создает программы в консоли. Используя любимую IDE, разработчик чувствует себя неуютно за чужим компьютером, где её нет.
Решив разобраться в работе Ant и Maven, я поймал себя на том, что не смогу собрать приложение без них в консоли.
В данной статье я постарался уместить все этапы проектирования демонстрационного приложения, чтобы не искать справку по каждой команде на просторах Интернета.

От простого к .

Каждая программа обычно содержится в отдельном каталоге. Я придерживаюсь правила создавать в этом каталоге по крайней мере две папки: src и bin. В первой содержатся исходные коды, во второй — результат компиляции. В данных папках будет структура каталогов, зависящая от пакетов.

Один файл

Можно сделать и без лишних папок.
Берем сам файл HelloWorld.java.
Переходим в каталог, где лежит данный файл, и выполняем команды.
В данной папке появится файл HelloWorld.class. Значит программа скомпилирована. Чтобы запустить

Отделяем бинарные файлы от исходников

Теперь сделаем тоже самое, но с каталогами. Создадим каталог HelloWorld и в нем две папки src и bin.
Компилируем
Здесь мы указали, что бинарные файлы будут сохраняться в отдельную папку bin и не путаться с исходниками.

Используем пакеты

А то, вдруг, программа перестанет быть просто HelloWorld-ом. Пакетам лучше давать понятное и уникальное имя. Это позволит добавить данную программу в другой проект без конфликта имен. Прочитав некоторые статьи, можно подумать, что для имени пакета обязательно нужен домен. Это не так. Домены — это удобный способ добиться уникальности. Если своего домена нет, воспользуйтесь аккаунтом на сайте (например, ru.habrahabr.mylogin). Он будет уникальным. Учтите, что имена пакетов должны быть в нижнем регистре. И избегайте использования спецсимволов. Проблемы возникают из-за разных платформ и файловых систем.

Поместим наш класс в пакет с именем com.qwertovsky.helloworld. Для этого добавим в начало файла строчку
В каталоге src создадим дополнительные каталоги, чтобы путь к файлу выглядел так: src/com/qwertovsky/helloworld/HelloWorld.java.
Компилируем
В каталоге bin автоматически создастся структура каталогов как и в src.

Если в программе несколько файлов

HelloWorld.java

Adder.java

Ошибка возникла из-за того, что для компиляции нужны файлы с исходными кодами классов, которые используются (класс Calculator). Надо указать компилятору каталог с файлами с помощью ключа -sourcepath.
Компилируем

Если удивляет результат

Есть возможность запустить отладчик. Для этого существует jdb.
Сначала компилируем с ключом -g, чтобы у отладчика была информация.

Отладчик запускает свой внутренний терминал для ввода команд. Справку по последним можно вывести с помощью команды help.
Указываем точку прерывания на 9 строке в классе Calculator

Запускаем на выполнение.

Чтобы соориентироваться можно вывести кусок исходного кода, где в данный момент находится курссор.

Узнаем, что из себя представляет переменная а.

Выполним код в текущей строке и увидим, что sum стала равняться 2.

Поднимемся из класса Adder в вызвавший его класс Calculator.

Удаляем точку прерывания

Можно избежать захода в методы, используя команду next.

Проверяем значение выражения и завершаем выполнение.

Хорошо бы протестировать

Запускаем. В качестве разделителя нескольких путей в classpath в Windows используется ';', в Linux — ':'. В консоли Cygwin не работают оба разделителя. Возможно, должен работать ';', но он воспринимается как разделитель команд.

Создадим библиотеку

Класс Calculator оказался полезным и может быть использован во многих проектах. Перенесем всё, что касается класса Calculator в отдельный проект.

Измените также назавания пакетов в исходных текстах. В HelloWorld.java нужно будет добавить строку

Делаем архив jar

С помощью ключа -C мы запустили программу в каталоге bin.

Надо узнать, что у библиотеки внутри

Можно распаковать архив zip-распаковщиком и посмотреть, какие классы есть в библиотеке.
Информацию о любом классе можно получить с помощью дизассемблера javap.

Из результата видно, что класс содержит кроме пустого конструктора, ещё один метод sum, внутри которого в цикле вызывается метод add класса Adder. По завершении метода sum, вызывается Adder.getSum().
Без ключа -c программа выдаст только список переменных и методов (если использовать -private, то всех).

Лучше снабдить библиотеку документацией

Изменим для этого класс калькулятора.

Документацию можно создать следующей командой. При ошибке программа выдаст список возможных опций.

В результате получиться следующее

Можно подписать jar-архив

Если требуется подписать свою библиотеку цифровой подписью, на помощь придут keytool и jarsigner.
Генерируем подпись.

Генерируем Certificate Signing Request (CSR)

Содержимое полученного файла отправляем в центр сертификации. От центра сертификации получаем сертификат. Сохраняем его в файле (например, qwertokey.cer) и импортируем в хранилище

Файл qwertokey.cer отправляем всем, кто хочет проверить архив. Проверяется он так

Использование библиотеки

Есть программа HelloWorld, которая использует библиотечный класс Calculator. Чтобы скомпилировать и запустить программу, нужно присоединить библиотеку.
Компилируем

Собираем программу

Это можно сделать по-разному.

Первый способ

Здесь есть тонкости.
В строке

не должно быть пробелов в конце.
Вторая тонкость описана в [3]: в этой же строке должен стоять перенос на следующую строку. Это если манифест помещается в архив сторонним архиватором.
Программа jar не включит в манифест последнюю строку из манифеста, если в конце не стоит перенос строки.
Ещё момент: в манифесте не должно быть пустых строк между строками. Будет выдана ошибка «java.io.IOException: invalid manifest format».

При использовании команды echo надо следить только за пробелом в конце строки с main-class.

Второй способ

В данном способе избегаем ошибки с пробелом в main-class.

Третий способ

Включили код нужной библиотеки в исполняемый файл.

Запуск исполняемого jar-файла

Файл calculator.jar исполняемым не является. А вот helloworld.jar можно запустить.
Если архив был создан первыми двумя способами, то рядом с ним в одном каталоге должна находится папка lib с файлом calculator.jar. Такие ограничения из-за того, что в манифесте в class-path указан путь относительно исполняемого файла.

При использовании третьего способа нужные библиотеки включаются в исполняемый файл. Держать рядом нужные библиотеки не требуется. Запускается аналогично.

Как быть с приложениями JavaEE

Аналогично. Только библиотеки для компиляции нужно брать у сервера приложений, который используется. Если я использую JBoss, то для компиляции сервлета мне нужно будет выполнить примерно следующее

Структура архива JavaEE-приложения должна соответствовать определенному формату. Например

Способы запуска приложения на самом сервере с помощью командной строки для каждого сервера различны.

Надеюсь, данная статья станет для кого-нибудь шпаргалкой для работы с Java в командной строке. Данные навыки помогут понять содержание и смысл Ant-скриптов и ответить на собеседовании на более каверзные вопросы, чем «Какая IDE Вам больше нравится?».

Ни для кого не секрет, что на данный момент Java — один из самых популярных языков программирования в мире. Дата официального выпуска Java — 23 мая 1995 года.

Эта статья посвящена основам основ: в ней изложены базовые особенности языка, которые придутся кстати начинающим “джавистам”, а опытные Java-разработчики смогут освежить свои знания.

* Статья подготовлена на основе доклада Евгения Фраймана — Java разработчика компании IntexSoft.
В статье присутствуют ссылки на внешние материалы.

1. JDK, JRE, JVM

Java Development Kit — комплект разработчика приложений на языке Java. Он включает в себя Java Development Tools и среду выполнения Java — JRE (Java Runtime Environment).

Java development tools включают в себя около 40 различных тулов: javac (компилятор), java (лаунчер для приложений), javap (java class file disassembler), jdb (java debugger) и др.

Среда выполнения JRE — это пакет всего необходимого для запуска скомпилированной Java-программы. Включает в себя виртуальную машину JVM и библиотеку классов Java — Java Class Library.

JVM — это программа, предназначенная для выполнения байт-кода. Первое преимущество JVM — это принцип “Write once, run anywhere”. Он означает, что приложение, написанное на Java, будет работать одинаково на всех платформах. Это является большим преимуществом JVM и самой Java.

До появления Java, многие компьютерные программы были написаны под определенные компьютерные системы, а предпочтение отдавалось ручному управлению памятью, как более эффективному и предсказуемому. Со второй половины 1990-х годов, после появления Java, автоматическое управление памятью стало общей практикой.

Существует множество реализаций JVM, как коммерческих, так и с открытым кодом. Одна из целей создания новых JVM — увеличение производительности для конкретной платформы. Каждая JVM пишется под платформу отдельно, при этом есть возможность написать ее так, чтобы она работала быстрее на конкретной платформе. Самая распространённая реализация JVM — это JVM Hotspot от OpenJDK. Также есть реализации IBM J9, Excelsior JET.

2. Выполнение кода на JVM

Согласно спецификации Java SE, для того, чтобы получить код, работающий в JVM, необходимо выполнить 3 этапа:

Загрузка байт-кода и создание экземпляра класса Class
Грубо говоря, чтобы попасть на JVM, класс должен быть загружен. Для этого существуют отдельные класс-загрузчики, к ним мы вернемся чуть позже.
Связывание или линковка
После загрузки класса начинается процесс линковки, на котором байт-код разбирается и проверяется. Процесс линковки в свою очередь происходит в 3 шага:

3. Загрузчики классов и их иерархия

Вернемся к загрузчикам классов — это специальные классы, которые являются частью JVM. Они загружают классы в память и делают их доступными для выполнения. Загрузчики работают со всеми классами: и с нашими, и с теми, которые непосредственно нужны для Java.

Представьте ситуацию: мы написали свое приложение, и помимо стандартных классов там есть наши классы, и их очень много. Как с этим будет работать JVM? В Java реализована отложенная загрузка классов, иными словами lazy loading. Это значит, что загрузка классов не будет выполняться до тех пор, пока в приложении не встретится обращение к классу.

Иерархия загрузчиков классов

Первый загрузчик классов — это Bootstrap classloader. Он написан на C++. Это базовый загрузчик, который загружает все системные классы из архива rt.jar. При этом, есть небольшое отличие между загрузкой классов из rt.jar и наших классов: когда JVM загружает классы из rt.jar, она не выполняет все этапы проверки, которые выполняются при загрузке любого другого класс-файла т.к. JVM изначально известно, что все эти классы уже проверены. Поэтому, включать в этот архив какие-либо свои файлы не стоит.

Следующий загрузчик — это Extension classloader. Он загружает классы расширений из папки jre/lib/ext. Допустим, вы хотите, чтобы какой-то класс загружался каждый раз при старте Java машины. Для этого вы можете скопировать исходный файл класса в эту папку, и он будет автоматически загружаться.

Еще один загрузчик — System classloader. Он загружает классы из classpath’а, который мы указали при запуске приложения.

Процесс загрузки классов происходит по иерархии:

В первую очередь мы запрашиваем поиск в кэше System Class Loader (кэш системного загрузчика содержит классы, которые уже были им загружены);
Если класс не был найден в кэше системного загрузчика, мы смотрим кэш Extension class loader;
Если класс не найден в кэше загрузчика расширений, класс запрашивается у загрузчика Bootstrap.

4. Структура Сlass-файлов и процесс загрузки

Перейдем непосредственно к структуре Class-файлов.

Один класс, написанный на Java, компилируется в один файл с расширением .class. Если в нашем Java файле лежит несколько классов, один файл Java может быть скомпилирован в несколько файлов с расширением .class — файлов байт-кода данных классов.

Все числа, строки, указатели на классы, поля и методы хранятся в Сonstant pool — области памяти Meta space. Описание класса хранится там же и содержит имя, модификаторы, супер-класс, супер-интерфейсы, поля, методы и атрибуты. Атрибуты, в свою очередь, могут содержать любую дополнительную информацию.

Таким образом, при загрузке классов:

происходит чтение класс-файла, т.е проверка корректности формата
создается представление класса в Constant pool (Meta space)
грузятся супер-классы и супер-интерфейсы; если они не будут загружены, то и сам класс не будет загружен

5. Исполнение байт-кода на JVM

В первую очередь, для исполнения байт-кода, JVM может его интерпретировать. Интерпретация — довольно медленный процесс. В процессе интерпретации, интерпретатор “бежит” построчно по класс-файлу и переводит его в команды, которые понятны JVM.

Также JVM может его транслировать, т.е. скомпилировать в машинный код, который будет исполняться непосредственно на CPU.

Команды, которые исполняются часто, не будут интерпретироваться, а сразу будут транслироваться.

6. Компиляция

Компилятор — это программа, которая преобразует исходные части программ, написанные на языке программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, “понятную” компьютеру.

Компиляторы делятся на:

Не оптимизирующие
Простые оптимизирующие (Hotspot Client): работают быстро, но порождают неоптимальный код
Сложные оптимизирующие (Hotspot Server): производят сложные оптимизирующие преобразования прежде чем сформировать байт-код

Также компиляторы могут классифицироваться по моменту компиляции:

Динамические компиляторы
Работают одновременно с программой, что сказывается на производительности. Важно, чтобы эти компиляторы работали на коде, который часто исполняется. Во время исполнения программы JVM знает, какой код выполняется чаще всего, и, чтобы постоянно не интерпретировать его, виртуальная машина сразу переводит его в команды, которые уже будут исполняться непосредственно на процессорe.
Статические компиляторы
Дольше компилируют, но порождают оптимальный код для исполнения. Из плюсов: не требуют ресурсов во время исполнения программы, каждый метод компилируется с применением оптимизаций.

7. Организация памяти в Java

Стек — это область памяти в Java, которая работает по схеме LIFO — “Last in — Fisrt Out” или “Последним вошел, первым вышел”.

Он нужен для того, чтобы хранить методы. Переменные в стеке существуют до тех пор, пока выполняется метод в котором они были созданы.

Когда вызывается любой метод в Java, создается фрейм или область памяти в стеке, и метод кладется на его вершину. Когда метод завершает выполнение, он удаляется из памяти, тем самым освобождая память для следующих методов. Если память стека будет заполнена, Java бросит исключение java.lang.StackOverFlowError. К примеру, это может произойти, если у нас будет рекурсивная функция, которая будет вызывать сама себя и памяти в стеке не будет хватать.

Ключевые особенности стека:

Стек заполняется и освобождается по мере вызова и завершения новых методов
Доступ к этой области памяти осуществляется быстрее, чем к куче
Размер стека определяется операционной системой
Является потокобезопасным, поскольку для каждого потока создается свой отдельный стек

Куча разбита на несколько более мелких частей, называемых поколениями:

Young generation — область, где размещаются недавно созданные объекты
Old (tenured) generation — область, где хранятся “долгоживущие” объекты
До Java 8 существовала ещё одна область — Permanent generation — которая содержит метаинформацию о классах, методах, статических переменных. После появления Java 8 было решено хранить эту информацию отдельно, вне кучи, а именно в Meta space

Почему отказались от Permanent generation? В первую очередь, это из-за ошибки, которая была связана с переполнением области: так как Perm имел константный размер и не мог расширяться динамически, рано или поздно память заканчивалась, кидалась ошибка, и приложение падало.

Meta space же имеет динамический размер, и во время исполнения он может расширяться до размеров памяти JVM.

Ключевые особенности кучи:

Когда эта область памяти заполняется полностью, Java бросает java.lang.OutOfMemoryError
Доступ к куче медленнее, чем к стеку
Для сбора неиспользуемых объектов работает сборщик мусора
Куча, в отличие от стека, не является потокобезопасной, так как любой поток может получить к ней доступ

Основываясь на информации выше, рассмотрим, как происходит управление памятью на простом примере:

У нас есть класс App, в котором единственный метод main состоит из:

— примитивной переменой id типа int со значением 23
— ссылочной переменной pName типа String со значением Jon
— ссылочной переменной p типа person

Как уже упоминалось, при вызове метода на вершине стека создаётся область памяти, в которой хранятся данные, необходимые этому методу для выполнения.
В нашем случае, это ссылка на класс person: сам объект хранится в куче, а в стеке хранится ссылка. Также в стек кладется ссылка на строку, а сама строка хранится в куче в String pool. Примитив хранится непосредственно в стеке.

Для вызова конструктора с параметрами Person (String) из метода main() в стеке, поверх предыдущего вызова main() создается в стеке отдельный фрейм, который хранит:

— this — ссылка на текущий объект
— примитивное значение id
— ссылочную переменную personName, которая указывает на строку в String Pool.

После того, как мы вызвали конструктор, вызывается setPersonName(), после чего снова создается новый фрейм в стеке, где хранятся те же данные: ссылка на объект, ссылка на строку, значение переменной.

Таким образом, когда выполнится метод setter, фрейм пропадет, стек очистится. Далее выполняется конструктор, очищается фрейм, который был создан под конструктор, после чего метод main() завершает свою работу и тоже удаляется из стека.

Если будут вызваны другие методы, для них будут также созданы новые фреймы с контекстом этих конкретных методов.

8. Garbage collector

В куче работает Garbage collector — программа, работающая на виртуальной машине Java, которая избавляется от объектов, к которым невозможно получить доступ.

Разные JVM могут иметь различные алгоритмы сборки мусора, также существуют разные сборщики мусора.

Мы поговорим о самом простом сборщике Serial GC. Сборку мусора мы запрашиваем при помощи System.gc().

Как уже было упомянуто выше, куча разбита на 2 области: New generation и Old generation.

New generation (младшее поколение) включает в себя 3 региона: Eden, Survivor 0 и Survivor 1.

Old generation включает в себя регион Tenured.

Что происходит, когда мы создаем в Java объект?

В первую очередь объект попадает в Eden. Если мы создали уже много объектов и в Eden уже нет места, срабатывает сборщик мусора и освобождает память. Это, так называемая, малая сборка мусора — на первом проходе он очищает область Eden и кладёт “выжившие” объекты в регион Survivor 0. Таким образом регион Eden полностью высвобождается.

Если произошло так, что область Eden снова была заполнена, garbage collector начинает работу с областью Eden и областью Survivor 0, которая занята на данный момент. После очищения выжившие объекты попадут в другой регион — Survivor 1, а два остальных останутся чистыми. При последующей сборке мусора в качестве региона назначения опять будет выбран Survivor 0. Именно поэтому важно, чтобы один из регионов Survivor всегда был пустым.

JVM следит за объектами, которые постоянно копируются и перемещаются из одного региона в другой. И для того, чтобы оптимизировать данный механизм, после определённого порога сборщик мусора перемещает такие объекты в регион Tenured.

Когда в Tenured места для новых объектов не хватает, происходит полная сборка мусора — Mark-Sweep-Compact.

Во время этого механизма определяется, какие объекты больше не используются, регион очищается от этих объектов, и область памяти Tenured дефрагментируется, т.е. последовательно заполняется нужными объектами.

Читайте также: