我們初學java的第一個程序是"hello world"
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public static void main(String[] args) { System.out.println("hello world"); }} |
上面程序到底是怎么在屏幕上輸出“hello world”的呢？這就是本來要講解的內容，即System.out.println("hello world")的原理。
我們先看看System.out.println的流程。先看看System.java中out的定義，源碼如下：
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public final class System { ... public final static PrintStream out = null; ... } |
從中，我們發現，
(01) out是System.java的靜態變量。
(02) 而且out是PrintStream對象，PrintStream.java中有許多重載的println()方法。
OK，我們知道了out是PrintStream對象。接下來，看它是如何被初始化的，它是怎么和屏幕輸出關聯的？
我們還是一步步來分析，首先看看System.java的initializeSystemClass()方法。
1. initializeSystemClass()的源碼如下： 把out部分標記為紅色
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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();} |
我們只需要關注上面的紅色代碼部分：即
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FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);setOut0(new PrintStream(new BufferedOutputStream(fdOut, 128), true)); |
將這兩句話細分，可以劃分為以下幾步：
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);
說明：
(01) 第1步，獲取FileDescriptor.java中的靜態成員out，out是一個FileDescriptor對象，它實際上是“標準輸出(屏幕)”的標識符。
FileDescriptor.java中與FileDescriptor.out相關代碼如下：
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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) 創建“標準輸出(屏幕)”對應的“文件輸出流”。
(03) 創建“文件輸出流”對應的“緩沖輸出流”。目的是為“文件輸出流”添加“緩沖”功能。
(04) 創建“緩沖輸出流”對應的“打印輸出流”。目的是為“緩沖輸出流”提供方便的打印接口，如print(), println(), printf()；使其能方便快捷的進行打印輸出。
(05) 執行setOut0(ps);
接下來，解析第5步的setOut0(ps)。查看System.java中setOut0()的聲明，如下：
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private static native void setOut0(PrintStream out); |
從中，我們發現setOut0()是一個native本地方法。通過openjdk，我們可以找到它對應的源碼，如下：
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JNIEXPORT void JNICALLJava_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);} |
說明：
這是個JNI函數，我們來對它進行簡單的分析。
(01) 函數名
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JNIEXPORT void JNICALL Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream) |
這是JNI的靜態注冊方法，Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)會和System.java中的setOut0(PrintStream out)關聯；而且，參數stream 對應參數out。簡單來說，我們調用setOut0()，實際上是調用的Java_java_lang_System_setOut0()。
(02) jfieldID fid = (*env)->GetStaticFieldID(env,cla,"out","Ljava/io/PrintStream;");
這句話的作用是獲取System.java的靜態成員out的jfieldID，"Ljava/io/PrintStream;"是說明out是java.io.PrintStream對象。
獲取out的jfieldID的作用，是我們需要通過操作“out的jfielID”來改變out的值。
(03) (*env)->SetStaticObjectField(env,cla,fid,stream);
這句話的作用是，設置fid(fid就是out的jfieldID)對應的靜態成員的值為stream。
stream是我們傳給Java_java_lang_System_setOut0()的參數，也就是傳給setOut0的參數。
總結上面的內容。我們知道，setOut0(PrintStream ps)的作用，就是將ps設置為System.java的out靜態變量。
前面，已經說過FileDescriptor.out就是機器的“標準輸出(屏幕)”的文件標識符。我們可以通俗的將文件標識符就理解為，FileDescriptor.out就是代表的“標準輸出”。
因此，在initializeSystemClass()中，上面的5步就是將“FileDescriptor.out”封裝了起來。封裝后的System.in既有緩沖功能；又有便利的操作接口，如print(), println(), printf()。
