Javaプログラムの実行プロセス ～JVMとバイトコードの仕組み～
JAVAerのみなさん、こんにちは。Javaを使用していると、「JVM」や「バイトコード」という用語をよく耳にします。これらはJavaの実行モデルの核となる概念であり、Javaの大きな特徴である「Write Once, Run Anywhere（一度書けば、どこでも実行できる）」を実現する重要な要素です。この記事では、Javaプログラムが実際にどう実行されているのかを自分なりにまとめたいと思います。
1. Javaプログラムの実行環境と開発ツール
1.1 Javaプログラム実行の流れ
Javaプログラムは次の手順で実行されます。
-
ソースコードの作成
・開発者がJava言語でソースファイル(.java)を作成
・main()メソッドを含むクラスを定義 -
バイトコードへのコンパイル
・Javaコンパイラ(javac)がソースコードをコンパイル
・バイトコードを含むクラスファイル(.class)が生成される -
JVMによる実行
・JVM（Java Virtual Machine）がバイトコードをその環境に適した機械語に変換
・変換された機械語コードが実行される
JVMの役割
- 移植性の実現：異なるOS間で同じバイトコードを実行可能にします。
- 実行環境の提供：メモリ管理や例外処理などを統一的に行います。
プロセス終了コード
JVMはプログラム終了時に次の終了コードを返します：
-
0: 正常終了 -
1: 例外やエラーが発生した場合↓ 私はIntelliJを使用しているのですが、こんなメッセージがターミナルに出力されます。
2. Java Development Kit（JDK）の役割と構成
2.1 JDKとは
JDK（Java Development Kit）は、Javaプログラムの開発および実行に必要なツールセットです。以下のような主要コンポーネントが含まれています：
- コンパイラ（javac）：ソースコードをバイトコードに変換します。
- JVM（java）：バイトコードを実行します。
- 開発ツール：デバッガ、JARパッケージ作成ツール、ドキュメント生成ツール（Javadoc）など。
2.2 シンプルな開発環境の構築
Javaの開発を始めるには、JDKをインストールするのが最も簡単です。Oracleの公式サイトからダウンロードできます。インストール後は、環境変数を適切に設定し、ターミナルやコマンドプロンプトでJavaコマンドを実行できるようにします。
3. 「Write Once, Run Anywhere」を実現する仕組み
Javaの移植性の高い特徴は、以下の仕組みによって支えられています：
- バイトコード：OSに依存しない中間表現を採用。
- JVM：OSやハードウェアに応じた機械語に翻訳。
これにより、Javaプログラムは1度コンパイルすれば、異なるプラットフォーム上で再コンパイルすることなく動作します。
4. 実際に見てみる
実際にJavaプログラムのコンパイルから実行までの流れを見ていきます。
4.1 サンプルプログラムの作成
シンプルな「Hello」と出力するだけのプログラムを作成してみましょう。
ディレクトリに移動して、lsコマンドで確認できます。
4.2 バイトコードへのコンパイル
javacコマンドでソースコードをコンパイルすると、バイトコードを含むHello.classが生成されます。
lsコマンドで、新しく.classファイルが作成されたことが確認できます。
IDE内でも確認できます。
4.3 実行
javaコマンドで実行できます。この時、ファイル名ではなくクラス名を指定します。
ソースファイルで書いた通り、Helloと返ってきました。
5. まとめ
本記事では、Javaプログラムがどのように実行されるのか、JVMとバイトコードの役割を中心に解説しました。また、Java開発に欠かせないJDKについても取り上げました。Javaの高い移植性はこれらの仕組みによって支えられています。ぜひ実行環境への理解を深め、より効率的で堅牢な開発を目指していきましょう！