サンプルコードで身につける: ソースが動くまで: javac と .class と JVM

解説で学んだ概念を、5つの具体例で確認します。素朴な例から実務寄りの例へと進みます。

1最小の Java プログラムを読む

Java のコードは必ずの中に書き、実行はという決まった形のから始まります。実行すると Hello, sum=5 と出力されます。このコースの実測は、この Hello を class にして Hello.java に保存したものを使っています。

Java

// class Hello { ... } : Java のコードは必ずどれかのクラスの中に書く
class Hello {
    // static int add(int a, int b) : int を2つ受け取り、int を返す関数
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    // public static void main(String[] args) : プログラムの入口。名前と形が決まっている
    public static void main(String[] args) {
        int sum = add(2, 3);
        // System.out.println は標準出力に1行書く(console.log に当たる)
        System.out.println("Hello, sum=" + sum);
    }
}

2.class の先頭8バイトと、版が合わないとき

同じ Hello.java を 25 と JDK 22 でコンパイルし、先頭を16進で見たものです。どちらも cafe babe で始まり、違うのは版を表す番号だけでした(0x45 は 69、0x42 は 66)。JDK 25 で既定のまま作ったを JDK 22 で実行すると読み込みの段階で拒否され、に 22 を付けて作り直すと番号は 66 になり、JDK 22 でも動きました。

xxd Hello.class の先頭行と、JDK 22 での java Hello(# の行は補足)コマンド出力

# JDK 25 の javac で作った Hello.class
00000000: cafe babe 0000 0045 0032 0a00 0200 0307  .......E.2......
# JDK 22 の javac で作った Hello.class
00000000: cafe babe 0000 0042 0032 0a00 0200 0307  .......B.2......
# JDK 25 で作った Hello.class を JDK 22 の java Hello で実行
Error: LinkageError occurred while loading main class Hello
	java.lang.UnsupportedClassVersionError: Hello has been compiled by a more recent version of the Java Runtime (class file version 69.0), this version of the Java Runtime only recognizes class file versions up to 66.0

3バイトコードを javap で読む

JDK 付属ので .class の命令列を表示したものです。add は iload_0、iload_1、iadd、ireturn の4命令で、これは CPU ではなくに向けた命令です。main では 2 と 3 を積んでから add を呼んでおり、add(2, 3) は 5 に置き換えられていません。

$ javap -c -v Hello.class(JDK 25、抜粋)追跡ログ

  static int add(int, int);
    descriptor: (II)I
    flags: (0x0008) ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: iload_0
         1: iload_1
         2: iadd
         3: ireturn
...
  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: iconst_2
         1: iconst_3
         2: invokestatic  #7                  // Method add:(II)I
         5: istore_1
         6: getstatic     #13                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         9: iload_1
        10: invokedynamic #19,  0             // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(I)Ljava/lang/String;
        15: invokevirtual #23                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        18: return

4javac が畳むもの、畳まないもの

javac がコンパイル時に計算を済ませたのは定数式だけで、2 + 3 は iconst_5 に、"a" + "b" は ab という1つの文字列になっています。メソッド呼び出しの add(2, 3) と、何もしないループはそのまま残りました。は受け付けられますが、出力された .class は付けない場合と1バイトも違いませんでした(JDK 25)。

$ javap -c Fold.class(JDK 25、抜粋)追跡ログ

  static int viaConstant();
    Code:
         0: iconst_5
         1: ireturn
 
  static int viaCall();
    Code:
         0: iconst_2
         1: iconst_3
         2: invokestatic  #7                  // Method add:(II)I
         5: ireturn
 
  static java.lang.String s();
    Code:
         0: ldc           #13                 // String ab
         2: areturn

public class Fold {
    static final int K = 2 + 3;          // 定数式
    static int add(int a, int b) { return a + b; }
    static int viaConstant() { return 2 + 3; }       // 定数式: javac が畳む
    static int viaCall()     { return add(2, 3); }   // メソッド呼び出し: 呼び出しのまま残る
    static String s()        { return "a" + "b"; }   // 定数式
    static int deadLoop()    { int x = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { x += 0; } return x; }
}

5Java・Rust・Node で、実行に何が要るか

同じ Hello を3つの言語で用意し、と実行に必要なものを並べた実測です。JVM の入っていない node:24 のでは Hello は command not found になり、Rust の実行ファイルはコピーするだけで動きました。Rust の大きさはでの値で、rustc を直接使うと約 4.57 MB になるなど条件で変わります。

同じ Hello の成果物と実行に必要なもの(arm64 の Docker 上)表