字节码

字节码简介

• java源码经过编译生成之后二进制称为字节码文件，不一定是，也可能是网络传过来符合字节码规范的二进制流
• JVM通过字节码保证平台无关性
• Java并不是唯一生成class文件的语言
• Class是结构紧凑的二进制流，格式固定，要求严谨

字节码组成结构

• 魔数：区分文件类型的依据，字节码文件的前四个字节为魔数（字节码文件魔数为CA FE BA BE）

• 文件版本：

  • 5-6字节为次要版本，7-8为主要版本号 Java 8=52.0
  • 字节码版本高于JVM版本，会产生UnsupportedClassVersion
  • | JDK版本号 | Class版本号 | 16进制 |
    | --------- | ----------- | ----------- |

  | 1.1 | 45.0 | 00 00 00 2D |
  | 1.2 | 46.0 | 00 00 00 2E |
  | 1.3 | 47.0 | 00 00 00 2F |
  | 1.4 | 48.0 | 00 00 00 30 |
  | 1.5 | 49.0 | 00 00 00 31 |
  | 1.6 | 50.0 | 00 00 00 32 |
  | 1.7 | 51.0 | 00 00 00 33 |
  | 1.8 | 52.0 | 00 00 00 34 |
  | 9 | 53.0 | 00 00 00 35 |
  | 10 | 54.0 | 00 00 00 36 |
  | 11 | 55.0 | 00 00 00 37 |
  | 12 | 56.0 | 00 00 00 38 |
  | 13 | 57.0 | 00 00 00 39 |
  | 14 | 58.0 | 00 00 00 3a |
  | 15 | 59.0 | 00 00 00 3b |
  | 16 | 60.0 | 00 00 00 3c |
  | 17 | 61.0 | 00 00 00 3d |
  | 18 | 62.0 | 00 00 00 3e |

• 常量池

  • 字面量

    • 字符串
    • final修饰

  • 符号引用

    • 类和接口的全限定名
    • 字段名称与描述符
    • 方法名称与描述符
  • 常量池类型数据表

• 类索引

  • 标识父类以及实现了哪些接口

• 访问标志

  • AccessFlag访问表

• 字段表

  • 哪些字段，以及类型

• 方法表

  • 方法名、方法参数、返回值
• 属性表

字节码指令

字节码指令将源码编译时由编译器生成保存在Method描述中的，与平台无关，运行时，jvm读取后翻译各平台底层指令，总数不超过256个

例子：

invokevirtual #8 // cp_info#8:java/lang/StringBuilder.append

执行StringBuilder对象的append方法

new #6 // cp_info#6:<java/langStringBuilder>

实例化新的StringBuilder对象并将实例化的对象保存至堆中

字节码指令分类

• 加载与存储指令
• 运算指令
• 类型转换指令
• 对象创建与访问指令
• 操作数栈管理
• 控制转移指令
• 方法调用与返回指令
• 同步指令指令
• 异常处理指令

类加载子系统

类加载执行过程

类加载子系统是字节码文件到数据区经历的过程

类加载子系统负责从文件或者网络中加载Class字节流读取符合jvm规范的字节码信息，并在存储到方法区中

类加载过程

加载阶段

读取字节码二进制流

解析字节码二进制流的静态数据转换为运行时JVM方法区数据

生成类的实例对象，放入堆中，作为方法区

若运行时需要到A类，但是不存在A类时，A类会被类加载器加载，并将A的Class实例放到堆中，将A类的字段、方法描述放在方法区中，同时A被加载的时候A的父类同时被加载

Class实例被创建的时机：

• new实例化的时候

  • A a = new A();

• 反射

  • Class clzA = Class.forName("com.mc10010.A")
• 子类加载时父类同时加载
• jvm启动时，包含main方法的主类
• 1.7的动态类型语言支持

链接阶段

• 验证阶段

  • 确保字节码符合虚拟机规范

    • 文件格式校验

      • 是否以CAFEBABE开头
      • 版本号是否匹配

    • 元数据匹配、语义分析

      • 是否有父类
      • 是否继承final修饰的类
      • 其他有悖Java规则的错误

    • 字节码验证

      • 类型转换是否有效
      • 是否可以执行到return

    • 符号引用

      • ClassNotFoundException
      • NoSuchMethodError
    • 全部都是基于字节码对应的二进制流进行的，基于文件本身的处理
  • 

• 准备阶段

  • 为static赋予初始值，这里只赋值初始值，而不是赋值！！！

    • 例如public static int a = 100; 在这个阶段int只赋值为0

• 解析阶段（核心所在）

  • 将字节码静态字面关联转换成JVM内存中的动态指针关联
  • 其实就是把字符串关联改成指针关联
  • 

初始化