Java中關於HelloWorld原理的分析

我們初學java的第一個程式是"hello world"。下面透過實例程式碼跟大家講解Java HelloWorld原理分析，有興趣的朋友一起學習吧

我們初學java的第一個程式是"hello world"

 public class HelloWorld {
   public static void main(String[] args) {
     System.out.println("hello world");
   }
}

上面程式到底是怎麼在螢幕上輸出「hello world」的呢？這就是本來要講解的內容，也就是System.out.println("hello world")的原理。

我們先來看看System.out.println的流程。先看看System.java中out的定義，原始碼如下：

public final class System {
   ... 
   public final static PrintStream out = null; 
   ...
 }

從中，我們發現，

(01) out是System.java的靜態 #變數。

(02) 而且out是PrintStream物件，PrintStream.java中有許多重載的println()方法。

OK，我們知道out是PrintStream物件了。接下來，看看它是如何被初始化的，它是怎麼和螢幕輸出關聯的？

我們還是一步一步來分析，先看看System.java的initializeSystemClass()方法。

1. initializeSystemClass()的原始碼如下： 把out部分標記為紅色 

 private static void initializeSystemClass() {
   props = new Properties();
   initProperties(props); // initialized by the VM
   sun.misc.VM.saveAndRemoveProperties(props);
   lineSeparator = props.getProperty("line.separator");
   sun.misc.Version.init();
   FileInputStream fdIn = new FileInputStream(FileDescriptor.in);
   FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
   FileOutputStream fdErr = new FileOutputStream(FileDescriptor.err);
   setIn(new BufferedInputStream(fdIn));
   setOut0(new PrintStream(new BufferedOutputStream(fdOut, 128), true));
   setErr0(new PrintStream(new BufferedOutputStream(fdErr, 128), true));
   loadLibrary("zip");
   Terminator.setup();
   sun.misc.VM.initializeOSEnvironment();
   Thread current = Thread.currentThread();
   current.getThreadGroup().add(current);
   setJavaLangAccess();
   sun.misc.VM.booted();
 }

我們只需要專注於上面的紅色程式碼部分：即

FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
setOut0(new PrintStream(new BufferedOutputStream(fdOut, 128), true));

將這兩句話細分，可以劃分為以下幾個步驟：

第1步FileDescriptor fd = FileDescriptor.out;

第2步FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(fd);

第3步BufferedOutputStream bufOut = new BufferedOutputStream(fdOut, 128);

第4步PrintStream ps = new PrintStream(bufout, true);

第5步setOut0(ps);

說明：

(01) 第1步，取得FileDescriptor.java中的靜態成員out，out是一個FileDescriptor對象，它實際上是「標準輸出(螢幕)」的識別符。

FileDescriptor.java中與FileDescriptor.out相關程式碼如下：

 public final class FileDescriptor {
    private int fd;
   public static final FileDescriptor out = new FileDescriptor(1);
   private FileDescriptor(int fd) {
     this.fd = fd;
     useCount = new AtomicInteger();
   }
   ...
 }

 (02) 建立「標準輸出(螢幕)」對應的「檔案輸出流」。

(03) 建立「檔案輸出流」對應的「緩衝輸出流」。目的是為“文件輸出流”添加“緩衝”功能。

(04) 建立「緩衝輸出流」對應的「列印輸出流」。目的是為「緩衝輸出流」提供方便的列印介面，如print(), println(), printf()；使其能方便快速的進行列印輸出。

(05) 執行setOut0(ps);

接下來，解析第5步驟的setOut0(ps)。檢視System.java中setOut0()的聲明，如下：

private static native void setOut0(PrintStream out);

從中，我們發現setOut0()是一個native本地方法。透過openjdk，我們可以找到它對應的原始碼，如下： 

 JNIEXPORT void JNICALL
 Java_java_lang_System_setOut(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)
 {
   jfieldID fid =
     (*env)->GetStaticFieldID(env,cla,"out","Ljava/io/PrintStream;");
   if (fid == 0)
     return;
   (*env)->SetStaticObjectField(env,cla,fid,stream);
 }

說明：

這是個JNI函數，我們來對它進行簡單的分析。

(01) 函式名稱

JNIEXPORT void JNICALL Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)

這是JNI的靜態註冊方法，Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)會和System.java中的setOut0(PrintStream out)關聯；而且，參數stream 對應參數out。簡單來說，我們呼叫setOut0()，實際上是呼叫的Java_java_lang_System_setOut0()。

(02) jfieldID fid = (*env)->GetStaticFieldID(env,cla,"out","Ljava/io/PrintStream;");

這句話的作用是取得System.java的靜態成員out的jfieldID，"Ljava/io/PrintStream;"是說明out是java.io.PrintStream物件。

取得out的jfieldID的作用，是我們需要透過操作「out的jfielID」來改變out的值。

(03) (*env)->SetStaticObjectField(env,cla,fid,stream);

這句話的作用是，設定fid(fid就是out的jfieldID)對應的靜態成員的值為stream。

stream是我們傳給Java_java_lang_System_setOut0()的參數，也就是傳給setOut0的參數。

總結上面的內容。我們知道，setOut0(PrintStream ps)的作用，就是將ps設定為System.java的out靜態變數。

前面，已經說過FileDescriptor.out就是機器的「標準輸出(螢幕)」的檔案識別碼。我們可以通俗的將檔案標識符就理解為，FileDescriptor.out就是代表的「標準輸出」。

因此，在initializeSystemClass()中，上面的5步就是將「FileDescriptor.out」封裝了起來。封裝後的System.in既有緩衝功能；又有便利的操作接口，如print(), println(), printf()。

以上是Java中關於HelloWorld原理的分析的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！