深入理解Java虚拟机读书笔记之执行子系统

一、Class类结构：

class文件是以8位字节为基础单位的二进制流。

ClassFile {

u4 magic;//魔数(0xCAFEBABE。固定值)

u2 minor_version;//次版本号

u2 major_version;//主版本号

u2 constant_pool_count;//常量池容量计数值

cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];//常量池

u2 access_flags;//访问标志

u2 this_class;//类索引

u2 super_class;//父类索引

u2 interfaces_count;//接口计数器

u2 interfaces[interfaces_count];//接口索引集合

u2 fields_count;//字段计数器

field_info fields[fields_count];//字段表

u2 methods_count;//方法计数器

method_info methods[methods_count];//方法表

u2 attributes_count;//属性表计数器

attribute_info attributes[attributes_count];//属性表集合

}

常量池的项目类型如下（每一种类型的可以看作一种数据结构）：

 Class_info型的结构如下：

类型	名称	数量
u1(占用一个字节)	tag=7	1
u2(占用两个字节)	name_index(指向常量池中utf8_info类型的常量)	1

utf8_info类型的结构如下：

类型	名称	数量
u1	tag=1	1
u2	length(长度)	1
u1	bytes	lenth

例如如果存储“java.lang.String”字符串，那么length=16,bytes为UNICODE编码（具体说是UTF-16编码）的。

可以使用javap命令分析class文件字节码：到class文件所在的文件夹，然后运行javap -verbose xxxxx(这个是类名)

javac在编译的时候把this关键字作为一个普通的方法参数的访问，然后虚拟机在调用实例的时候自动传入此参数。

 

LineNumberTable属性用于描述java源文件行号和字节码行号的对于关系，调试可以对应起来行号。LocalVariableTable属性记录局部变量表之间的变量和源码中定义的变量之间的关系，这样在调试的时候可以对应起来变量，另外才可以通过程序得到入参的名字。

对于泛型虽然运行时进行了类型擦除，但是通过Class元数据依然可以获得泛型的信息是因为LocalVariableTypeTable.

二、虚拟机类加载机制

java类加载的时机：1、遇到new /putstatic /getstatic/invokestatic指令 2、java.lang.Class反射调用3、父类加载4、main方法第一个加载。

 

类加载的过程：

1、加载：获得二进制流、在方法区转化为运行时结构、在堆中生成java.lang.Class对象

2、校验：校验二级制流、校验类。。。

3、准备：为类变量在方法区分配内存空间

4、解析：实际上也是校验的过程。把符号引用解析为直接引用的过程。

5、初始化：clinit方法，并调用static代码。在初始化的工程中会加锁与同步，如果static块中很耗时，可能会造成线程阻塞。

 

java会对数组类型创建一个类，会有length和clone方法。

类加载器：

启动类加载器：加载<JAVA_HOME>\lib目录下或者被-Xbootclasspath参数指定的路径，并且被虚拟机识别的

扩展类加载器：加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量指定的类库。父加载器是启动类加载器。

应用程序类加载器：有sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现，加载classPath自动的类库，父加载器是扩展类加载器。是ClassLoader。getSystemClassLoader（）的返回值。

 

三、虚拟机字节码执行引擎

1、运行时栈的结构：包括局部变量表。局部变量表中的Slot是可以重用的。操作数栈：编译器最大操作数栈已经确定。动态链接：包含指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。方法返回地址。

2、方法调用：A.解析调用是一个静态的工程，属于编译器可知。

B、静态分派：重载的运用，重载的时候是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判断依据的。发生在编译阶段。

C：动态分派：重写的运用。会在运行态决定执行的方法。首先查找本类的方法，如果找不到就查找父类。由于动态分派是什么频繁的过程，虚拟机会为类中创建一个虚方法表，来代替元数据查找提高性能。一般在初始化阶段把类的方法表也初始化。

 虚方法表中存放着各个方法的入口，如果子类没有重写，那么子类和父类的方法入口是一样的，如果重写了，子类方法表的地址将会替换为指向子类实现版本的入口地址.

基于栈的解释执行引擎：

解释执行：通过解释器执行，基于操作数栈（可移植性好）

编译执行：通过即时编译器产生本地代码执行，本地代码会放在方法区。