java io系列17之 System.out.println("hello world")原理

我們初學java的第一個程式是"hello world"

上面程式到底是怎麼在螢幕上輸出“hello world”的呢？這就是本來要講解的内容，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：

從中，我們發現，

(01) out是System.java的靜态變量。

OK，我們知道了out是PrintStream對象。接下來，看它是如何被初始化的，它是怎麼和螢幕輸出關聯的？

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部分标記為紅色

我們隻需要關注上面的紅色代碼部分：即

FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);

setOut0(new PrintStream(new BufferedOutputStream(fdOut, 128), true));

将這兩句話細分，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：

FileDescriptor.java中與FileDescriptor.out相關代碼如下：

(02) 建立“标準輸出(螢幕)”對應的“檔案輸出流”。

(03) 建立“檔案輸出流”對應的“緩沖輸出流”。目的是為“檔案輸出流”添加“緩沖”功能。

(04) 建立“緩沖輸出流”對應的“列印輸出流”。目的是為“緩沖輸出流”提供友善的列印接口，如print(), println(), printf()；使其能友善快捷的進行列印輸出。

(05) 執行setOut0(ps);

接下來，解析第5步的setOut0(ps)。檢視System.java中setOut0()的聲明，如下：

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：

這是個JNI函數，我們來對它進行簡單的分析。

(01) 函數名

JNIEXPORT void JNICALL Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)

這

是JNI的靜态注冊方法，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;");

這句話的作用是擷取System.java的靜态成員out的jfieldID，"Ljava/io/PrintStream;"是說明out是java.io.PrintStream對象。

擷取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，設定fid(fid就是out的jfieldID)對應的靜态成員的值為stream。

stream是我們傳給Java_java_lang_System_setOut0()的參數，也就是傳給setOut0的參數。

總結上面的内容。我們知道，setOut0(PrintStream ps)的作用，就是将ps設定為System.java的out靜态變量。

前面，已經說過FileDescriptor.out就是機器的“标準輸出(螢幕)”的檔案辨別符。我們可以通俗的将檔案辨別符就了解為，FileDescriptor.out就是代表的“标準輸出”。

是以，在initializeSystemClass()中，上面的5步就是将“FileDescriptor.out”封裝了起來。封裝後的System.in既有緩沖功能；又有便利的操作接口，如print(), println(), printf()。