java程序运行时是如何找到库函数并运行的？

Question

题主是一名C/C++程序员，刚开始学习java。

疑惑如下：

1. java没有头文件，当调用第三方包（无源码）的方法，编译器如何保证程序员使用了正确的原型呢？

2. 定义包时，为了保证包名唯一，使用package a.b.c语法，包的类需要在文件系统的a/b/c目录下。但当其他java程序使用该包时，这个路径信息怎么在运行查找这个包时体现？

3. 某c程序编译时依赖库liba.so,那么运行时系统必须提供库liba.so，但是java程序编译时使用abc.jar，但是运行时可以提供bcd.jar，只要bcd.jar里具有该java程序用到的类就行？（我自己瞎猜的，请问这个说法对不对？）

最后，java有没有类似于《链接、装载与库》这样的书籍，或者请大家推荐一些可以了解原理的书籍，能够解答这些困惑，中英文皆可。

感谢。

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非常感谢大家的解答，试着将各位的回答总结整理如下：

1. jar包里的class文件中含有文件原型。c/c++的libxxx.so/libxx.a中只有符号，没有原型，原型由头文件中提供；java的class文件中即含有原型信息。编译器只要解析class文件即可知道程序员是否使用了正确的原型。(@fredric_201 与 @心不在焉 )

2. jar包即zip包，里面存在目录结构，该结构与包名结构完全一致（标准jar包，非android jar包）。(@心不在焉 与 @beanlam）

3. 说法正确。java程序依赖的实际是class，jar包只是一组class的zip包，其命名无关紧要，因此可以任意修改。如果非要和c/C++进行对比，libxx.so类似于.class，而非jar包。(@心不在焉 与 @beanlam)

笔者在ubuntu机器上使用zipinfo查看openjdk自带的jar包，如下：

prife@droi: /usr/lib/jvm/java-7-openjdk-amd64/jre/lib
$ zipinfo rt.jar
...
-rw----     2.0 fat    24298 bl defN 15-Jul-24 08:17 java/lang/String.class
-rw----     2.0 fat     1734 bl defN 15-Jul-24 08:17 java/lang/Object.class

可以看到rt.jar包里具有跟包名完全一致的目录结构。

最后感谢大家推荐的书籍：

《深入理解java虚拟机》
《Java Virtual Machine Specification》

PS. 笔者之所以对第二点看到困惑，因为作为Android程序员，发现安卓的jar包里是只有dex文件，没有包名的目录结构。

再次感谢大家的解答。

Answer 1

1,Java的bytecode裡面有方法的原型資訊,編譯時有class檔案即可
2,Java運行時從classpath裡面尋找jar檔,再在jar檔裡面找包名對應的a/b/c.class
3,是這樣的

Answer 2

看一本關於講解jvm的書，具體的細節，看看類加載，《深入jvm虛擬機》。
1、：全類名定義一個類，每個類被載入一次。
2、：你是想問怎麼找到吧，我覺得跟全類名比較類似。
最後個我沒懂你的意思

Answer 3

我個人是這樣理解的：
1、c/c++編譯出的函式庫和java產生jar包這兩件事情是不等價的，jar包本質上只是一個壓縮包；如果一定要類比，c/c++編譯的過程應該相當於java產生class檔案的過程，也就是程式碼轉換成機器（或虛擬機器）可以理解並執行的檔案；
2、JAVA虛擬機會把目標class檔案載入到記憶體裡，其中類別的信息應該放到“方法區”，被實例化的時候，引用在堆疊、實例在堆（和c/c++的malloc或new類似）。
3、每一個類別是透過類別載入器+ 套件名稱+ 類別名稱三部分資訊在JVM中唯一識別；
4、比較好的書有《深入理解java虛擬機》、《osgi原理與最佳實務》 ；

Answer 4

1，如果A.java依賴了xxx.jar包，在編譯時(例如javac指令)，需要在classpath把xxx.jar包含進去，編譯器在編譯A.java的時候，會去找xxx.jar包，看看是否有A所依賴的類，所依賴的類別是否有對應的方法，等等。不知道這樣是否是你所說的保證使用了正確的原型。

2，Java要求包名必須有對應的檔案系統結構，例如com.x.y这个包，就必须有相应的com/x/y/目录与它对应。这个路径信息在两方面有体现，一个是编译的时候，一个是运行的时候。
编译和运行都要指定classpath，可以把这个classpath类比成操作系统的环境变量path，比如我们把javac这个命令加到了path环境变量下，需要在把javac所在的目录加到path上。
classpath也一样，无论在运行还是编译的时候，如果你要引用一个类，比如说是com.a.b.String，那么首先你得有对应的目录结构com/a/b/。你可以把com文件夹随便放在硬盘中的某个目录下，比如说放在D:/test下，那么你需要在classpath里加上D:/test，這樣，當要引用到com.a.b.String時，編譯器或Runtime會去classpath指定的目錄裡面去找，怎麼找呢，根據包名，然後找對應的目錄結構。
目錄結構就在這裡體現出它的作用。

3， 不用在意jar包的命名，因為jar包實際上是一個zip格式的文件，jar包也會被加到classpath下，Java虛擬機真正care的是jar包裡面的目錄結構，以此來確定包名和類別的位置等。只要Jar包有對應的類別就行，你可以對jar包任意改名。

4， Java跟C/C++不一樣的就是Java是跑在Java虛擬機上的，所以了解一下底層的機制的話，十有八九都會往虛擬機器那方面去看。 C/C++的鏈接，裝載，對應到Java裡就是類別載入器(ClassLoader)的原理。這方面的資料可以看《深入理解Java虛擬機》(週志明)，或者Oracle官方的Java虛擬機規範(jvms.pdf)，到官網找找就有。
其實我覺得樓主的問題更多的是Java這門語言本身的規範，這個可以參考一些教程書，或者oracle官方的Java語言規範(jls.pdf)，一樣在Oracle官網找。

Answer 5

請參考《Java Virtual Machine Specification》第五章：Chapter 5. Loading, Linking, and Initializing