Java 程序在编译期发生了什么

“二哥，看了上一篇 Hello World 的程序后，我很好奇，它是怎么在 Run 面板里打印出‘三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒’呢？”三妹咪了一口麦香可可奶茶后对我说。

“三妹，我们通常把 Java 分为编译期和运行时，弄清楚这两个阶段就知道原因了。由于运行时涉及到的内容比较多，这篇文章我们先来说说编译期，等学习了 Java 虚拟机的一些知识后再说道说道运行时。”

贴一下 HelloWorld 这段代码：

  1. /**
  2.  * @author 微信搜「沉默王二」，回复关键字 PDF
  3.  */
  4. public class HelloWorld {
  5.     public static void main(String[] args) {
  6.         System.out.println("三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒。");
  7.     }
  8. }

点击 IDEA 工具栏中的锤子按钮（Build Project，编译整个项目），如下图所示。

Java程序在编译期发生了什么 - 图1

这时候，就可以在 src 的同级目录 target 下找到一个名为 HelloWorld.class 的文件。

Java程序在编译期发生了什么 - 图2

如果找不到的话，在目录上右键选择「Reload from Disk，从磁盘上重新加载」，如下图所示：

Java程序在编译期发生了什么 - 图3

可以双击打开它。

  1. //
  2. // Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
  3. // (powered by Fernflower decompiler)
  4. //
  6. package com.itwanger.five;
  8. public class HelloWorld {
  9.     public HelloWorld() {
  10.     }
  12.     public static void main(String[] args) {
  13.         System.out.println("三妹，少看手机少打游戏，好好学，美美哒。");
  14.     }
  15. }

IDEA 默认会用 Fernflower 反编译工具将字节码文件（后缀为 .class 的文件，也就是 Java 源代码编译后的文件）反编译为我们可以看得懂的 Java 源代码。但实际上，字节码文件并不是这样的，而是：

  1. // class version 58.0 (58)
  2. // access flags 0x21
  3. public class com/itwanger/five/HelloWorld {
  5.   // compiled from: HelloWorld.java
  7.   // access flags 0x1
  8.   public <init>()V
  9.    L0
  10.     LINENUMBER 6 L0
  11.     ALOAD 0
  12.     INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
  13.     RETURN
  14.    L1
  15.     LOCALVARIABLE this Lcom/itwanger/five/HelloWorld; L0 L1 0
  16.     MAXSTACK = 1
  17.     MAXLOCALS = 1
  19.   // access flags 0x9
  20.   public static main([Ljava/lang/String;)V
  21.    L0
  22.     LINENUMBER 8 L0
  23.     GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  24.     LDC "\u4e09\u59b9\uff0c\u5c11\u770b\u624b\u673a\u5c11\u6253\u6e38\u620f\uff0c\u597d\u597d\u5b66\uff0c\u7f8e\u7f8e\u54d2\u3002"
  25.     INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
  26.    L1
  27.     LINENUMBER 9 L1
  28.     RETURN
  29.    L2
  30.     LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L0 L2 0
  31.     MAXSTACK = 2
  32.     MAXLOCALS = 1
  33. }

是不是就有点懵逼了？新手看到这个很容易头大，不过不要担心，后面我再和大家一块深入研究一下，这里就是感受一下字节码的魅力。

那这个字节码文件是怎么看到的呢？可以通过 IDEA 菜单栏中的「View」→「Show Bytecode」查看，如下图所示。

Java程序在编译期发生了什么 - 图4

PS：字节码并不是机器码，操作系统无法直接识别，需要在操作系统上安装不同版本的 Java 虚拟机（JVM）来识别。通常情况下，我们只需要安装不同版本的 JDK（Java Development Kit，Java 开发工具包）就行了，它里面包含了 JRE（Java Runtime Environment，Java 运行时环境），而 JRE 又包含了 JVM。

Java程序在编译期发生了什么 - 图5

Windows、Linux、MacOS 等操作系统都有相应的 JDK，只要安装好了 JDK 就有了 Java 语言的运行时环境，就可以把一份字节码文件在不同的平台上运行了。可以在 Oracle 官网上下载不同版本的 JDK。

Java程序在编译期发生了什么 - 图6

PPS：为什么要查看字节码呢？查看字节码文件更容易让我们搞懂 Java 代码背后的原理，比如搞懂 Java 中的各种语法糖的本质。

相比于 IDEA 自带的「Show Bytecode」功能，我更推荐 jclasslib 这款插件，可以在插件市场中安装（我已经安装过了）。

Java程序在编译期发生了什么 - 图7

安装完成之后，点击 View -> Show Bytecode With jclasslib 即可通过 jclasslib 查看字节码文件了（点击之前，光标要停留在对应的类文件上），如下图所示。

Java程序在编译期发生了什么 - 图8

使用 jclasslib 不仅可以直观地查看类对应的字节码文件，还可以查看类的基本信息、常量池、接口、字段、方法等信息，如下图所示。

Java程序在编译期发生了什么 - 图9

也就是说，在编译阶段，Java 会将 Java 源代码文件编译为字节码文件。在这个阶段，编译器会进行一些检查工作，比如说，某个关键字是不是写错了，语法上是不是符合预期了，不能有很明显的错误，否则带到运行时再检查出来就会比较麻烦了。

Java程序在编译期发生了什么 - 图10