Java HelloWorld原理分析_动力节点Java学院整理

我们初学java的第一个程序是"hello world"

 public class helloworld {
   public static void main(string[] args) {
     system.out.println("hello world");
   }
}

上面程序到底是怎么在屏幕上输出“hello world”的呢？这就是本来要讲解的内容，即system.out.println("hello world")的原理。

我们先看看system.out.println的流程。先看看system.java中out的定义，源码如下：

public final class system {
   ... 
   public final static printstream out = null; 
   ...
 } 

从中，我们发现，

(01) out是system.java的静态变量。

(02) 而且out是printstream对象，printstream.java中有许多重载的println()方法。

ok，我们知道了out是printstream对象。接下来，看它是如何被初始化的，它是怎么和屏幕输出关联的？

我们还是一步步来分析，首先看看system.java的initializesystemclass()方法。

1. initializesystemclass()的源码如下： 把out部分标记为红色 

 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();
 }

我们只需要关注上面的红色代码部分：即

fileoutputstream fdout = new fileoutputstream(filedescriptor.out);
setout0(new printstream(new bufferedoutputstream(fdout, 128), true));

将这两句话细分，可以划分为以下几步：

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);

说明：

(01) 第1步，获取filedescriptor.java中的静态成员out，out是一个filedescriptor对象，它实际上是“标准输出(屏幕)”的标识符。

filedescriptor.java中与filedescriptor.out相关代码如下：

 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) 创建“标准输出(屏幕)”对应的“文件输出流”。

(03) 创建“文件输出流”对应的“缓冲输出流”。目的是为“文件输出流”添加“缓冲”功能。

(04) 创建“缓冲输出流”对应的“打印输出流”。目的是为“缓冲输出流”提供方便的打印接口，如print(), println(), printf()；使其能方便快捷的进行打印输出。

(05) 执行setout0(ps);

接下来，解析第5步的setout0(ps)。查看system.java中setout0()的声明，如下：

private static native void setout0(printstream out);

从中，我们发现setout0()是一个native本地方法。通过openjdk，我们可以找到它对应的源码，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);
 }

说明：

这是个jni函数，我们来对它进行简单的分析。

(01) 函数名

jniexport void jnicall java_java_lang_system_setout0(jnienv *env, jclass cla, jobject stream)

这是jni的静态注册方法，java_java_lang_system_setout0(jnienv *env, jclass cla, jobject stream)会和system.java中的setout0(printstream out)关联；而且，参数stream 对应参数out。简单来说，我们调用setout0()，实际上是调用的java_java_lang_system_setout0()。

(02) jfieldid fid = (*env)->getstaticfieldid(env,cla,"out","ljava/io/printstream;");

这句话的作用是获取system.java的静态成员out的jfieldid，"ljava/io/printstream;"是说明out是java.io.printstream对象。

获取out的jfieldid的作用，是我们需要通过操作“out的jfielid”来改变out的值。

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

这句话的作用是，设置fid(fid就是out的jfieldid)对应的静态成员的值为stream。

stream是我们传给java_java_lang_system_setout0()的参数，也就是传给setout0的参数。

总结上面的内容。我们知道，setout0(printstream ps)的作用，就是将ps设置为system.java的out静态变量。

前面，已经说过filedescriptor.out就是机器的“标准输出(屏幕)”的文件标识符。我们可以通俗的将文件标识符就理解为，filedescriptor.out就是代表的“标准输出”。

因此，在initializesystemclass()中，上面的5步就是将“filedescriptor.out”封装了起来。封装后的system.in既有缓冲功能；又有便利的操作接口，如print(), println(), printf()。