《深入理解JAVA虚拟机（第2版）》- 第6章

《深入理解JAVA虚拟机（第2版）》- 第6章 - 学习笔记

news2025/1/11 20:46:57

第6章类文件结构

6.1 概述

字节码和二级制本地机器码（Native Code）是用来存储程序编译后的结果的，是二种程序存储结构。

6.2 无关性的基石

这里说的无关性，分为：平台无关性和语言无关性。

平台无关性：JVM和字节码是构成平台无关性的基石。
语言无关性：所谓语言无关性是说，不是只有Java语言编写的程序才能运行在JVM上，其他语言编写的程序也可以运行在JVM上。构成语言无关性的基石同样是JVM和字节码。

Java虚拟机提供的语言无关性如图： 3. JVM不与编程语言绑定，它只与Class文件这种特定的二进制文件格式所关联。

6.3 Class文件的结构

Class文件是一个以8位字节为基本单位的二进制流。
Class文件是采用一种类似C语言结构体的伪结构来存储数据的，所存储的数据只有两类：无符号数和表。
- 无符号数：
  
  无符号数属于基本数据类型，可以用来表示数字、索引引用、数量值、UTF-8编码的字符串。我们可以使用u1、u2、u4、u8分别来表示1个字节、2个字节、4个字节、8个字节的无符号数。
- 表：
  
  表是由多个无符号数或其他表作为数据项而组成的复合数据类型，通常以“_info”来结尾。
Class文件中头4个字节称为魔数（Magic Number），作用是基于这个魔数来判断当前虚拟机是否能接收这个Class文件。之所以采用这种方式来判断，而不是采用文件扩展名，也是出于安全的考虑，因为文件扩展名可以被随意修改。
紧跟魔数的后四个字节标识了Class文件的版本，5、6是次版本号（Minor Version），7、8是主版本号（Major Version）
紧跟主版本号之后的是常量池入口。常量池中的每一项常量就是一张表。常量池中主要存放两类常量：字面量和符号引用。
1. 字面量
  
  例如：文本字符串、被final修饰的常量值
2. 符号引号
  
  分为以下三类：
  - 类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
  - 字段的名称和描述符（Descriptor）
    
    这里的描述符是用来描述字段的数据类型。
  - 方法的名称和描述符
    
    这里的描述符是用来描述方法的参数（个数、类型、顺序）和返回值。
Java代码在进行javac编译的时候，不会像C和C++那样有“连接”步骤，而是在虚拟机进行类加载的时候进行动态连接。
类的继承关系是通过类索引、父类索引、接口索引集合这三项数据来确定的。
方法表集合
- 一个方法对应一个方发表，方发表的结构包括：访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）。
- 方法表中有一个属性表集合，其中有一个Code属性是用来存放方法编译后的字节码，这个属性并不是每个方法都有，例如：接口中的方法和抽象类中的抽象方法就没有这个属性。
- Code属性中字节码指令之后是这个方法的显示异常处理表（简称异常表）集合，异常表对于Code属性来说不是必须的（如果代码中没有异常处理的逻辑就没有这个异常表了）。编译器是采用显示异常处理表来实现Java异常和finally处理机制的，而不是通过简单的跳转命令。
- 属性表集合中还有一个Exception属性，这个属性与Code属性同级，与上边提到的显示异常处理表不同，Exception属性是用来列出方法的要抛出去的受检异常（Checked Exception），也就是方法上throws关键字后边跟着的异常。

6.4 字节码指令简介

Java虚拟机的指令是由操作码（Opcode，一个字节）和操作数（Operands，即操作码的参数）组成的。
由于Java虚拟机是基于操作数栈而不是寄存器的架构，所以大多数指令没有操作数（操作数都存放在操作数栈中了），只有一个操作码。
操作码的长度为一个字节（能表示的范围是0~255），即指令集中的操作码总数不能超过256。
加载和存储指令
- 加载指令是用在从局部变量表中将数据加载到操作数栈中。
- 存储指令是将操作数栈中的数据存储到局部变量中。
运算指令
将两个操作数栈中的数据进行某种特定的运算，并将运算的结果在存储到操作数栈的栈顶。
运算指令分为：整型数据运算指令和浮点数据运算指令。
同步指令
Java虚拟机支持方法级同步和一段指令序列同步，这两种同步结构都是通过管程（Monitor）来实现的。
- 方法级同步
  方法级同步是隐式的，不需要字节码指令来支持，是在方法调用和返回操作中实现的。
- 一段指令序列同步
  同步一段指令序列，通常使用的是synchronized语句块来实现的，synchronized关键字是通过指令集中monitorenter和monitorexit两个指令来支持的。