JVM字节码文件的相关概述解读

news2024/11/19 22:43:04

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1、字节码文件

从下面这个图就可以看出，字节码文件是可以跨平台使用的

想要让一个Java程序正确地运行在JVM中，Java源码就必须要被编译为符合JVM规范的字节码。

https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

所有的JVM全部遵守Java虚拟机规范，也就是说所有的JVM环境都是一样的，这样一来字节码文件可以在各种JVM上运行。

从Java虚拟机的角度看，通过Class文件，可以让更多的计算机语言支持Java虚拟机平台。因此，Class文件结构不仅仅是Java虚拟机的执行入口，更是Java生态圈的基础和核心。

1、Class文件

字节码文件里是什么？

源代码经过编译器编译之后便会生成一个字节码文件，字节码是一种二进制的类文件，它的内容是JVM的指令，而不像C、C++经由编译器直接生成机器码。

随着Java平台的不断发展，在将来，Class文件的内容也一定会做进一步的扩充，但是其基本的格式和结构不会做重大调整。

2、字节码编译器

从位置上理解

前端编译器 vs 后端编译器
前端编译器的种类

Java源代码的编译结果是字节码，那么肯定需要有一种编译器能够将Java源码编译为字节码，承担这个重要责任的就是配置在path环境变量中的javac编译器。javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。

HotSpot VM并没有强制要求前端编译器只能使用javac来编译字节码，其实只要编译结果符合JVM规范都可以被JVM所识别即可。

在Java的前端编译器领域，除了javac之外，还有一种被大家经常用到的前端编译器，那就是内置在Eclipse中的ECJ (Eclipse Compiler

for Java)编译器。和Javac的全量式编译不同，ECJ是一种增量式编译器。
- 在Eclipse中，当开发人员编写完代码后，使用“Ctrl+S”快捷键时，ECJ编译器所釆取的编译方案是把未编译部分的源码逐行进行编译，而非每次都全量编译。因此ECJ的编译效率会比javac更加迅速和高效，当然编译质量和javac相比大致还是一样的。
- ECJ不仅是Eclipse的默认内置前端编译器，在Tomcat中同样也是使用ECJ编译器来编译jsp文件。由于ECJ编译器是釆用GPLv2的开源协议进行源代码公开，所以，大家可以登录eclipse官网下载ECJ编译器的源码进行二次开发。
- 默认情况下，IntelliJ IDEA 使用 javac 编译器。(还可以自己设置为AspectJ编译器 ajc)
前端编译器的任务

前端编译器的主要任务就是负责将符合Java语法规范的Java代码转换为符合JVM规范的字节码文件。

3、编译步骤

大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前，都需要经过上图中的各个步骤。

4、前端编译器的局限性

前端编译器并不会直接涉及编译优化等方面的技术，而是将这些具体优化细节移交给HotSpot的JIT编译器负责。

jdk9引入了AOT编译器(静态提前编译器，Ahead Of Time Compiler)

Java 9 引入了实验性 AOT 编译工具jaotc。它借助了 Graal 编译器，将所输入的 Java 类文件转换为机器码，并存放至生成的动态共享库之中。
所谓 AOT 编译，是与即时编译相对立的一个概念。我们知道，即时编译指的是在程序的运行过程中，将字节码转换为可在硬件上直接运行的机器码，并部署至托管环境中的过程。而 AOT 编译指的则是，在程序运行之前，便将字节码转换为机器码的过程。
.java -> .class -> .so
最大好处：Java虚拟机加载已经预编译成二进制库，可以直接执行。不必等待即时编译器的预热，减少Java应用给人带来“第一次运行慢”的不良体验。
缺点：
- 破坏了java“一次编译，到处运行”，必须为每个不同硬件、OS编译对应的发行包。
- 降低了Java链接过程的动态性，加载的代码在编译期就必须全部已知。

还需要继续优化中，最初只支持Linux x64 java base

2、Class对象

下面这些类型都有对应的class对象

（1）class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
（2）interface：接口
（3）[]：数组
（4）enum：枚举
（5）annotation：注解@interface
（6）primitive type：基本数据类型
（7）void

@Test
public void test(){
    Class c1 = Object.class;
    Class c2 = Comparable.class;
    Class c3 = String[].class;
    Class c4 = int[][].class;
    Class c5 = ElementType.class;
    Class c6 = Override.class;
    Class c7 = int.class;
    Class c8 = void.class;
    Class c9 = Class.class;
 
    int[] a = new int[10];
    int[] b = new int[100];
    Class c10 = a.getClass();
    Class c11 = b.getClass();
    // 只要元素类型与维度一样，就是同一个Class
    System.out.println(c10 == c11);
}