JVM学习笔记之CLASS结构和动态链接模型

 

    之前分析了方法调用和运行的过程，基本上可以满足代码层的需求了，不过为了更好的理解调用和运行的过程，还是分析下CLASS文件的结构和他动态链接的模型。

    首先还是得看下CLASS文件的结构。CLASS文件的结构分为（只列了简单的总结，我目前也用不到太深入的）：
1.magic（魔数）：是一个定值0xCAFEBABE，不是它开头的文件就不是CLASS。为什么是这么个数呢？据说是巧合，我们不管它。它是JVM校验一个JAVA文件的第一个步骤。

2.minor_version 和 major_version ： CLASS的版本号，用于标识支持的JDK的版本范围。比如JDK1.5编译出的CLASS文件是不能被更早的JDK加载的。

3.constant_pool_count 和 constant_pool ： 常量池，记录了文字字符串、final值、类名和方法名的常量。在常量池之前是入口在列表中的计数器。 常量池在java动态链接的过程中有十分重要的作用。一个CLASS文件都有自己的常量池，但是很少资料说常量池在内存中的哪。我推测是在方法区。（不过对于写代码来说无关紧要）

4.access_flags ： 对应成代码就是标记的接口还是类，是不是final 、 抽象等。

5.this_class ： 是对常量池的索引，简单来说就是让JVM知道这个CLASS对应的常量池范围。

6.super_class ： 顾名思义，父类的信息，依然是个常量池的所以，只不过这里标记的是父类对应的常量池范围。

7.interfaces_count 和 interfaces ： interfaces_count是实现的接口数量，紧跟着的interfaces是实现的接口数组，包含每个接口对应的常量池索引。

8.fields_count 和 fields ： 自身CLASS文件的类变量+实例变量的总数 和 对应的序列表

9.methods_count 和 methods ： 自身CLASS文件的所有方法总数 和 对应的序列表

10.attributes_count 和 attributes ： CLASS属性，介绍有很多，简单来说就是内部类和非内部类InnerClasses和SourceCode。

    每个CLASS文件在加载到内存的时候，都是保存在方法区。加载到方法区后，主要的属性就是属性表、方法表、常量池。

    弄清楚了CLASS结构以后就可以看看在JVM中，不同的文件是怎么链接到一起的了。
    JVM编译一个java程序的时候，会得到程序中每个类（或者接口）的class文件，这些CLASS文件通过接口（harbor）符号相互关联，在JVM运行时，动态的将这些接口符号组织成链接CLASS的网。
   之前说过CLASS包含一个很重要的部分，常量池，所有的接口符号就是保存在这里的。每个CLASS都有一个常量池，每个被JVM加载的CLASS有个自己的内部常量池，或者说运行时常量池。当CLASS刚刚被加载的时候，运行时常量池存储的就是刚刚说的接口符号（harbor），当程序运行到一个时间点，需要调用某个类时，JVM将解析运行时常量池的接口符号，根据符号引用查找到实体（每个CLASS在JVM加载后都会保存在方法区中的某个位置，在运行前不知道某个具体的CLASS将会被加载到内存中的具体地址），再把符号引用替换成直接引用的过程。又因为符号都保存在常量池中，这一步骤也称为常量池解析。

    常量池解析是在运行前就知道了将要链接的CLASS，在代码里可以认为是 Object o = new Object()这样。不过JVM也可以在运行时决定链接某一类型（反射），比如Class.forName()和用户自定义装载器loadCLass()等方法。这种动态运行是才决定链接具体的CLASS的功能，可以调用在代码中没有提及的类型，所以很灵活，当然所带来的开销也很大，自然反射的效率要低于new的效率。
由此可见在灵活和效率上，程序不能兼顾，不能所有的地方都采用反射来创建。

    之后在装载时还会有一系列的解析和校验的过程。不过步骤都比较统一，过程也很死板，人为干预不了，对于代码优化来说没有太大意义，这里就不详细列举了。不过有个地方我觉得还是值得看一下，就是装载类时的双亲委派模型。
    理解这个模型首先也得理解Java术语中的初始类装载器和定义类装载器。JVM中的Class装载器是相互委托的，比如在要求某个类装载器去装载一个类型，结果返回的是其他类装载器装载的类型。比如门面模式经常可以看到。所以在加载CLASS时一般通过委派先递归到系统装载器，若系统装载器不能装载这个类型，则控制权返回给自定义的加载器来加载。双亲模型说白了就是先系统JDK加载器加载，再用户自定义加载。这种模式的好处还是灵活。
    举个例子，如果按JDK1.2以前的模型来看，现在想要加入脚本语言比如ruby、groovy等，一定得等到JDK加入相关的加载类才能使用，而现在只需要有对应的第三方jar即可使用了。
    
    至此，我的《深入JVM虚拟机》的学习告一段落，现在写代码用到的只有这么多，希望能有更好的环境让我研究下去。也希望牛人能来拍拍砖。

评论

2 楼 g29times 2012-05-19  

真好 学习了

1 楼 沙和尚 2012-04-21  

你好，请教一个字符串的问题
public class A {
        public String x = "data";
}
public class B {
    public String y = "data";
}
AB这两个类里面的"data"字符串应该都是存在class文件的常量池中，载入jvm的常量池之后
应该是A类"data"存到A类的运行时常量池中，B类的"data"存放到B类的运行时常量池中，但是为什么
A.x == B.y
这个会是true啊？求解