はじめに

Javaプログラムを書き始めたばかりの方にとって、「プログラムがどのように動いているのか」は謎に満ちています。この記事では、Javaプログラムが実行される瞬間から終了するまでの流れを、専門用語を使わずに分かりやすく解説します。

前提知識

この記事を読む前に知っておいてほしいこと：

Javaの基本的な文法（クラス、メソッド、変数）
コンパイルとは何か（.javaファイルから.classファイルを作ること）

プロセス1: プログラム開始とmainメソッド実行

🏁 何が起こっているの？

あなたがJavaプログラムを実行すると、コンピューターの中で以下のことが起こります：

JVMが起動する
mainメソッドを探して実行する

📖 詳しい説明

Javaプログラムを実行すると、コンピューターの中で「JVM」という特別なソフトウェアが起動します。

JVMって何？

JVMは「Java Virtual Machine」の略
Javaプログラムを実行するための専用のエンジン
あなたのコンピューター上で動く「仮想的なコンピューター」のようなもの

mainメソッドの役割
JVMは必ず最初に「public static void main」というメソッドを探して実行します。これは決まりごとです。

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {  // ← ここから実行開始！
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

なぜmainメソッドから始まるの？

Javaのプログラムには入り口が必要
mainメソッドがその入り口の役割を果たす
どんなJavaプログラムでも、mainメソッドが最初に実行されるスタートポイント

🔍 コンピューター内部で実際に起こっていること

上級者向けの技術的詳細：

クラスローディング: JVMがクラスローダーを使って.classファイル（コンパイル済みのJavaコード）を読み込みます
メソッド検証: mainメソッドのシグネチャ（public static void main(String[] args)）が正しいかチェック
メモリ割り当て: mainメソッド用のスタックフレームを作成
実行開始: プログラムカウンターが最初の命令を指して実行開始

プロセス2: 変数の宣言と初期化

🏁 何が起こっているの？

プログラムの中で変数を宣言すると、コンピューターのメモリ（記憶領域）に箱が用意されます。

📖 詳しい説明

public class CakeShop {
    public static void main(String[] args) {
        int cakeCount = 5;  // ← ここで何が起こる？
        String shopName = "Sweet Dreams";  // ← ここでも何が起こる？
    }
}

変数宣言で起こること

メモリに箱を用意: int cakeCountと書くと、整数を入れるための箱がメモリに作られます
箱にラベルを貼る: その箱に「cakeCount」というラベル（名前）を付けます
値を箱に入れる: = 5で、箱の中に「5」という値を入れます

データの種類による違い

基本データ型（int, double, booleanなど）: 値そのものが箱に入る
参照データ型（String, 配列、オブジェクト）: 実際のデータの住所（参照）が箱に入る

int number = 100;        // 箱の中に「100」が直接入る
String text = "Hello";   // 箱の中に「"Hello"の住所」が入る

🔍 メモリの仕組み

スタック領域

mainメソッド内の変数（ローカル変数）はここに作られる
メソッドが終了すると自動的に削除される
アクセスが高速

ヒープ領域

オブジェクト（StringやArrayなど）の実際のデータはここに保存
ガベージコレクションによって不要になったら削除される

プロセス3: メソッドの呼び出しと実行

🏁 何が起こっているの？

メソッドを呼び出すと、新しい「作業場」が用意されて、そこで処理が行われます。

📖 詳しい説明

public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        int result = addNumbers(10, 20);  // ← メソッド呼び出し
        System.out.println(result);
    }
    
    public static int addNumbers(int a, int b) {  // ← 呼び出されるメソッド
        int sum = a + b;
        return sum;
    }
}

メソッド呼び出しのステップ

新しい作業場を用意: addNumbersメソッド用の新しいスタックフレームを作成
引数をコピー: 呼び出し元の値（10, 20）を新しい作業場の変数（a, b）にコピー
メソッド内の処理を実行: int sum = a + b;を実行
結果を返す: return sum;で結果を呼び出し元に返す
作業場を片付ける: メソッド終了後、スタックフレームを削除

スタックフレームって何？

メソッド実行時に作られる「作業場」
そのメソッド内で使う変数や情報を保存
メソッドが終了すると自動的に削除される

🔍 呼び出しスタックの動作

[main メソッドのスタックフレーム]
├── result変数
└── addNumbers(10, 20)呼び出し
    ↓
    [addNumbers メソッドのスタックフレーム]  ← 新しく作られる
    ├── a = 10
    ├── b = 20
    └── sum = 30
    ↓ return sum
    ↑ 30が返される
[main メソッドのスタックフレーム]
├── result = 30  ← 結果を受け取る

プロセス4: 条件分岐（if文）の処理

🏁 何が起こっているの？

if文では、条件を評価して「true」か「false」かを判断し、実行する処理を選択します。

📖 詳しい説明

public static void checkStock(int stock) {
    if (stock > 0) {        // ← 条件を評価
        System.out.println("在庫があります");
    } else {
        System.out.println("在庫切れです");
    }
}

条件分岐のステップ

条件式を評価: stock > 0を計算してtrueまたはfalseを得る
結果に基づいて分岐:
- trueなら: if文のブロック内を実行
- falseなら: else文のブロック内を実行（ある場合）

論理演算子の動作

if (age >= 18 && hasLicense) {  // AND演算子
    // 両方がtrueの場合のみ実行
}

if (isWeekend || isHoliday) {   // OR演算子  
    // どちらか一方がtrueなら実行
}

プロセス5: 繰り返し処理（for文）の動作

🏁 何が起こっているの？

for文は「初期化 → 条件チェック → 処理実行 → 更新」のサイクルを繰り返します。

📖 詳しい説明

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println("回数: " + i);
}

for文の実行順序

初期化: int i = 0 - カウンター変数iを0で初期化
条件チェック: i < 5 - 条件がtrueかfalseかをチェック
処理実行: System.out.println(...) - 条件がtrueなら中身を実行
更新: i++ - カウンター変数を更新（iを1増加）
2に戻る: 条件がfalseになるまで繰り返し

実際の動作例「5未満（i < 5）」なので、5は含まれません。

1回目: i=0, 0<5はtrue → 処理実行 → i=1
2回目: i=1, 1<5はtrue → 処理実行 → i=2
3回目: i=2, 2<5はtrue → 処理実行 → i=3
4回目: i=3, 3<5はtrue → 処理実行 → i=4
5回目: i=4, 4<5はtrue → 処理実行 → i=5
6回目: i=5, 5<5はfalse → ループ終了

プロセス6: オブジェクトの生成と操作

🏁 何が起こっているの？

newキーワードを使うと、新しいオブジェクト（データのかたまり）がコンピューターのメモリに作られます。

📖 詳しい説明

まず、基本用語を理解しましょう：

フィールドとは？

オブジェクトが持つ「データを入れる箱」のこと
例：ケーキオブジェクトなら「名前」「値段」がフィールド

初期化とは？

箱（フィールド）に最初の値を入れること
例：名前の箱に「チョコレートケーキ」、値段の箱に「1500」を入れる

コンストラクタとは？

オブジェクトを作るときに自動で実行される特別なメソッド
箱を作って、最初の値を入れる作業を担当

public class Cake {
    String name;    // フィールド: ケーキ名を入れる箱
    int price;      // フィールド: 値段を入れる箱
    
    public Cake(String name, int price) {  // コンストラクタ
        this.name = name;     // この箱にケーキ名を入れる
        this.price = price;   // この箱に値段を入れる
        System.out.println("👨‍🍳 新しいケーキを作成中: " + name);
    }
}

// メインメソッド内
Cake cake = new Cake("チョコレートケーキ", 1500);

オブジェクト生成の詳細な流れ

Cake cake = new Cake("チョコレートケーキ", 1500); が実行されると、以下の順序で処理が進みます：

箱の準備: コンピューターがCakeオブジェクト用の箱を用意
コンストラクタ実行: Cake(String name, int price)が自動で呼ばれる
引数を受け取る: 「チョコレートケーキ」と「1500」がコンストラクタに渡される
this.nameで保存: オブジェクトのname箱に「チョコレートケーキ」を保存
this.priceで保存: オブジェクトのprice箱に「1500」を保存
メッセージ表示: 「👨‍🍳 新しいケーキを作成中: チョコレートケーキ」が画面に表示
住所を記録: 完成したオブジェクトの場所をcake変数に保存

thisキーワードの役割:

「今作っているこのケーキオブジェクトの」という意味
引数のnameとフィールドのnameを区別するために使う
this.nameは「このケーキオブジェクトのname箱」を指す

つまり、new Cake()は「新しいケーキの箱を作って、名前と値段を入れて、その場所を教えて」という指示なのです。

🔍 コンピューター内部で実際に起こっていること

ヒープメモリ確保: JVMがCakeオブジェクト用のメモリ空間を割り当て
コンストラクタ実行: newによってコンストラクタが自動実行される
参照の返却: オブジェクトのアドレスがスタック変数に格納される

プロセス7: メソッド終了とメモリ解放

🏁 何が起こっているの？

メソッドが終了すると、そのメソッド用のスタックフレームが削除され、使用していたメモリが解放されます。

📖 詳しい説明

ローカル変数の削除
メソッドが終了すると、そのメソッド内で宣言された変数（ローカル変数）は自動的に削除されます。

public static void method() {
    int localVar = 100;  // ローカル変数
    String localStr = "Hello";  // ローカル変数
    
    // メソッド終了時、localVarとlocalStrは自動削除
}

ガベージコレクション
ヒープ領域のオブジェクトは、どの変数からも参照されなくなったときにガベージコレクションによって削除されます。

Student student = new Student("田中", 20);
student = null;  // オブジェクトへの参照を切る
// この時点でStudentオブジェクトはガベージコレクションの対象

プログラム終了時の全体的な流れ

🏁 プログラム終了の瞬間

mainメソッドの最後の行が実行されると、Javaプログラムは終了します。

終了時に起こること

スタック領域のクリア: 全てのスタックフレームが削除
ヒープ領域のクリア: ガベージコレクションが全オブジェクトを削除
JVMの終了: Java仮想マシンが終了
OS制御に戻る: 制御がオペレーティングシステムに戻る

まとめ

Javaプログラムの実行は以下の流れで行われます：

JVM起動 → mainメソッドを探して実行開始
変数宣言 → メモリに箱を用意して値を保存
メソッド呼び出し → 新しい作業場を作って処理実行
条件分岐・繰り返し → 条件に基づいて処理の流れを制御
オブジェクト操作 → ヒープ領域にデータを作成・操作
メモリ解放 → 不要になった領域を自動削除
プログラム終了 → 全メモリをクリアしてJVM終了

この流れを理解することで、なぜプログラムが意図した通りに動くのか、なぜエラーが発生するのかが見えてくるはずです。

次のステップ

この記事で基本的な流れを理解したら、次は以下を学習することをお勧めします：

デバッガの使い方: プログラムの動作を一行ずつ確認
メモリ管理: より詳細なメモリの使い方
例外処理: エラーが発生したときの対処方法
マルチスレッド: 複数の処理を並行実行する方法

プログラミングは「コンピューターとの対話」です。コンピューターがあなたのコードをどのように理解し、実行しているかを知ることで、より良いプログラムが書けるようになります。