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Cómo se ejecuta un programa

La CPU no entiende Java. Solo entiende código máquina: instrucciones muy pequeñas escritas en binario. Entre lo que tú escribes y lo que la CPU ejecuta siempre hay una traducción.

Lo que hace la CPU: buscar, entender, ejecutar#

Una instrucción de código máquina hace muy poco: «suma estos dos números», «copia este valor a la memoria», «salta a la instrucción 20». La CPU repite siempre los mismos tres pasos:

1. Buscar: trae de la RAM la siguiente instrucción.
2. Entender: mira qué tiene que hacer.
3. Ejecutar: lo hace.

Para saber por dónde va, la CPU tiene el contador de programa: la dirección de la siguiente instrucción. Normalmente avanza de una en una; un if o un bucle lo que hacen es saltar a otra instrucción.

Una sola línea de Java puede convertirse en varias instrucciones. Lo que hace rápido al ordenador no es que cada instrucción sea lista, sino que hace miles de millones por segundo.

Compilar o interpretar#

Hay dos formas de traducir un programa al idioma de la CPU:

Lo compilado suele ser más rápido. Lo interpretado, más cómodo: no hay que compilar nada antes de probar. Pero el ejecutable compilado solo sirve para un tipo de ordenador: el de Windows no funciona en un Mac.

Java: un poco de los dos#

Java hace las dos cosas, y así consigue que el mismo programa funcione en cualquier ordenador:

1. javac compila tu .java, pero no a código máquina: a bytecode, un código máquina inventado para un ordenador que no existe. El resultado es el .class.
2. La máquina virtual de Java (JVM) lee ese bytecode y lo traduce al procesador de verdad mientras se ejecuta. Hay una JVM para Windows, otra para macOS, otra para Linux… y las tres entienden el mismo .class.

Por eso decimos que Java se escribe una vez y funciona en todas partes. Y para que no sea lento, la JVM se fija en qué trozos se repiten mucho y los compila a código máquina sobre la marcha.

Ver el bytecode#

El bytecode se puede ver con javap -c, que viene con Java. Con este programa:

public class Suma {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 2;
        int b = 3;
        int c = a + b;
        System.out.println(c);
    }
}

javac Suma.java
javap -c Suma

Esta es la parte del main (sin los comentarios que javap añade a la derecha):

       0: iconst_2
       1: istore_1
       2: iconst_3
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: getstatic     #7
      11: iload_3
      12: invokevirtual #13
      15: return

No hace falta entenderlo entero. Fíjate en que int c = a + b; se ha convertido en cuatro instrucciones: carga a (iload_1), carga b (iload_2), súmalos (iadd) y guarda el resultado en c (istore_3). Los números de la izquierda son las posiciones por las que va avanzando el contador de programa.

Errores frecuentes#