JVM剖析

news2024/10/11 12:27:31

0.前言

Java 是当今世界使用最广泛的技术平台之一。使用 Java 或 JVM 的一些技术包括：

Apache spark用于大数据处理，数据分析在JVM上运行;
用于数据流的Apache NiFi在内部使用的也是 JVM;
现代 Web 和移动应用程序开发中使用的React native使用的也包含JVM 和 java 线程。

1.虚拟化

JVM 基于虚拟化技术（应用程序级虚拟化），它基本上是裸机硬件之上的抽象层。
传统计算机
虚拟化后的计算机
JVM 是应用程序级虚拟化的一个例子，它基本上是主机操作系统上的一个额外层。我们可以在操作系统内的沙箱中编译和运行 Java 程序，而不是直接使用操作系统例程。

2.代码编译与字节码

Java 代码在执行前要经过一系列转换。第一个编译过程从 java 编译器或javac开始，javac 将 java 代码转换为中间字节码，可以使用javap 等反汇编工具读取，字节码独立于计算机的平台架构，这是 java 编程语言具有可移植性的根本原因。

3.Java类结构

以下是使用 javap 反汇编后类文件的组成部分。

组成部分	说明
魔数（Magic Number）	0xCAFEBABE
类文件的版本（Magic Number）	类文件的次要和主要版本
常量池（Constang Pool）	类的常量池
访问标记（Access Flags）	例如类是否为抽象、静态等等
当前类（This Class）	当前类的名称
超类（Super Class）	超类的名称
接口（Inrerfaces）	类中所有的接口
方法（Methods）	类中所有的方法

每个类文件都以一个魔法数字开头，用于确认给定文件是类文件，接下来是类格式的版本，用于检查 JVM 版本与用于编译类文件的版本的兼容性。如果存在任何不匹配，则会抛出UnsupportedClassVersionError 。

其他组件用于存储类中使用的常量，访问标志存储访问说明符（公共、私有、抽象等）。类似地，其他组件存储类中使用的超类名称、接口和方法。

public class HelloWorld { 
	public static void main(String[] args) { 
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			 System.out.println("Hello World");
	    } 
	}
}

反汇编上面的 hello world 程序，结果如下是运行 hello world 程序，结果如下：

Classfile /home/xxxxxxxx/Documents/learning/java/jvm/HelloWorld.class
  Last modified 7 Oct 2021; size 478 bytes
  SHA-256 checksum 93080c0483aa97ce4c226f31f22ed95c633e0da00b997fe229bfa676f6fb53c0
  Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #5                          // HelloWorld
  super_class: #6                         // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1

相应的机器语言指令将会是：

0: iconst_0
1: istore_1
2: iload_1
3: bipush        10
5: if_icmpge     22
8: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
11: ldc           #3                  // String Hello World
13: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
16: iinc          1, 1
19: goto          2
22: return