文章目录

前言
一、JVM基础
- 1、cross platform 跨平台
- 2、cross language 跨语言
- 3、什么是JVM呢？一张图告诉你
- 4、java从编码到执行*****
- 5. 从跨平台的语言到跨语言的平台
- 6. jvm与class文件格式
- 7. JVM
- 8. javac的过程
- 9. 常见的JVM实现
- 10. JDK JRE JVM
二、Class File Format (class 文件格式)
- 1、测试小程序
- - a、T0100_ByteCode01.java
  - b、idea打开T0100_ByteCode01.class
- 2、class文件
- 3、Class文件解读
- - a、javap 翻译class 文件（java自带）
  - b、jclasslib 翻译class文件（idea插件）
  - - i、一般信息
    - ii、常量池：
    - iii、接口、字段
    - iv、方法
    - v、附加属性 attributes

前言

文中所用到的class文件结构思维导图下载：class文件思维导图

一、JVM基础

1、cross platform 跨平台

即任何语言只要编译成 class 文件，在装有JVM任何的系统上都可以运行。

在这里插入图片描述

2、cross language 跨语言

即：有好多语言是在JVM上运行的，这就是夸语言的。
在这里插入图片描述

3、什么是JVM呢？一张图告诉你

在这里插入图片描述

4、java从编码到执行*****

通过 javac 命令：将 java文件编译成 class 文件
通过 java 命令：classloader 加载 class 文件以及 java 类库到内存中进行装载，装载完成后，然后调用 字节码解释器 或者JIT即时编译器 来进行解释或者编译。
之后由执行引擎进行执行，最终到OS操作系统。

那java是解释执行的还是编译执行的呢？其实 解释和编译是可以混合的，如果代码用到的次数比较多，会把代码做成即时编译即做成本地的编译，就类似c语言在win中编译成exe文件，这样效率会比较高。

5. 从跨平台的语言到跨语言的平台

JVM：是跨语言的平台。
java：是跨平台的语言。
在JVM上能够跑的语言到目前有100多种，比如下图中的Scala、groovy语言等。
在这里插入图片描述

6. jvm与class文件格式

== jvm跟java无关==
在这里插入图片描述

7. JVM

jvm是一种规范 – java virtual machine specifications
- https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/
- https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html
JVM 是虚构出来的一台计算机
- 字节码指令集（汇编语言）
- 内存管理：栈堆方法区等

白话解释：
JVM是一台虚拟出来的一台机器，也就有自己的CPU、内存管理，比如栈、堆、方法区，所以也就有后面的JVM调优等等。

8. javac的过程

在这里插入图片描述

9. 常见的JVM实现

Hotspot
- oracle官方，我们做实验用的 JVM
- java –version
Jrockit
- BEA，曾经号称世界上最快的 JVM
- 被Oracle收购，合并于hotspot
J9 – IBM
Microsoft VM
TaobaoVM
- hotspot深度定制版 ▪
LiquidVM
- 直接针对硬件 ▪
azul zing
- 最新垃圾回收的业界标杆
- www.azul.com

在这里插入图片描述
Hotspot：就是上面所说的第一个JVM类型
mixed mode：就是上面 1.4说的混合模式，解释和编译混合执行。

10. JDK JRE JVM

jdk全称：java development kit，其意思是java开发工具包。jdk是sun公司开发的，jdk包括jre（java runtime environment）java运行环境，一堆java工具[java的编译器（java c.exe），java解释执行器（java.exe）]和java基础的类库（有3000多类，常用的类150多个）。
JRE(Java Runtimely Environment)，java运行环境，只能运行.class文件，不能编译，针对用户。JRE，包含一个JVM（java虚拟机），与java核心类库与其所支持的文件。与JDK不同，它不包含开发工具—编译器，调试器和其他工具。
JVM(java Virtual Machine ) ，Java虚拟机，Java运行环境。Java虚拟机，是一种虚拟出来的计算机，是通过在实际的计算机上模拟仿真各种计算机功能来实现的。

在这里插入图片描述

二、Class File Format (class 文件格式)

分析和学习class文件。目前公司面试很少用到，但是需要学习和了解哈，抱着兴趣去学。

不能抱着功利性去学。
class文件：就是编译完成之后的 .class 文件

1、测试小程序

a、T0100_ByteCode01.java

package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;

public class T0100_ByteCode01 {
}

然后编译，生成 T0100_ByteCode01.class 文件。

b、idea打开T0100_ByteCode01.class

如果在idea中打开编译后的 T0100_ByteCode01.class 的文件，就是idea会帮我们进行反编译，反编译的多了一个默认的无参构造函数，这是默认添加的。
注释是反编译出来的注释

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//

package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;

public class T0100_ByteCode01 {
    public T0100_ByteCode01() {
    }
}

2、class文件

任何的文件都应该是010101二进制，class如果用一个16进制编辑器（sublime text 3）打开，就是如下图所示：
class文件是二进制字节流。
数据类型：u1 u2 u4 u8 和 _info (表类型)（只是逻辑上分的，其实没有数据类型，只有0和1 ）（u：Unsigned，意为为无符号的，u1指1个字节；u2指2个字节；u3指3个字节；u4指4个字节；u8指8个字节）
- _info 的来源是Hotspot 源码中的写法
查看16进制格式classFile 的工具
- sublime（打开如上图） / notepad
- idea插件：Bined
  
  （上面的红框可以查看二进制、八进制、十六进制的文件，当然二进制是最根本的文件格式）
有很多可以观察byteCode的方法：
- javap（java自带）：下面有使用
- JBE 可以直接修改
- JclassLib idea插件之一
  
  未下载前是idea自带的：
  将鼠标放在class文件中：
  
  不好观察，所以下载插件： JclassLib 后
classfile构成

3、Class文件解读

class就是二进制字节流，那怎么解释呢，看由谁来解释，这里是由java虚拟机 JVM 来解释的。

常量池是class文件里最复杂的部分

下图就是上面2.2 第一个图片，编译后的class文件，对其进行解读。
在这里插入图片描述
== 讲解上图：==

一个小格是一个字节。对十六进制来讲，一个十六进制就是4位。两个十六进制就是一个字节即8位。（如下图可看出，第一个小格是CA，这是16进制，所以这是一个字节，即8位。）

CAFE BABE 这是java编译后class文件的抬头，比如其他png、GIF的都有自己独有的抬头。这就是 magic number 魔法数。
0000 0034 中，
- 0000 为minor version，小版本号，比如版本是52.0，则minor version就是.0的概念
- 0034 是major version，大版本号，十进制是52,1.8编译完后就是52，1.9就是53。
1110：constant_pool_count，常量池里存在常量的个数；两个字节，2¹⁶=65536，，最多可放65535个常量最多是 - 1。
后面接着就是常量的表constant_pool ：
其长度为constant_pool_count - 1的表；这里是10，十六进制就是15，则就是15-1=14个常量，为什么要减一，因为常量池数组是从1开始的（平时数组是从0开始）因为最前面保留了一个0，将来可能有一些引用指向会表示不指向任意常量的任何一项，就可以用0来代表。
access flags ：

a、javap 翻译class 文件（java自带）

这样看不是很清楚，可以通过工具来很清晰的查看，就是java自带的javap：会把class文件中的内容帮我们翻译好。（从2.2中可以看到）
javap T0100_ByteCode01.class：显示内容较少，如下，（可通过javap查看参数）
在这里插入图片描述
javap -v T0100_ByteCode01.class：下图中可以看到帮我们翻译出来的 minor version、major version、flags 等名称。

flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER：后面的 ACC_SUPER 就是：该标志必须为真，JDK1.0.2之后编译出来的内容必须为真，指明invokespectial指令使用新语义

b、jclasslib 翻译class文件（idea插件）

使用 jclasslib 打开 class 文件，下面并进行分析和说明

i、一般信息

这里包含了class 文件结构的大多数基础信息，当然最重要的还是常量池。
在这里插入图片描述

本类索引，就是 this class :cp_info #7 <com/mashibing/jvm/c1_bytecode/T0100_ByteCode01>：后面的 <com/mashibing/jvm/c1_bytecode/T0100_ByteCode01> 就是本类的名称，cp_info #7 就是在常量池的7号存的。绿色可以点击，点击过去就是常量池的7号位置。
父类索引，就是 super class：cp_info #2 <java/lang/Object> ：后面的还是父类名称，前面就是父类存储在常量池的2号位置。
接口计数即 interfaces count。
字段计数即 fields count。
方法计数即 methods count。
属性计数即 attributes count。

ii、常量池：

在这里插入图片描述

常量类型有很多种，如下图所示1,3，4,5,6到18，但是没有2，标记：常量池的每一种类型前边都有一个一个字节的标记，用的最多的是第一个：CONSTANT_Utf8_info ，代表 utf8的字符串。（下图的思维导图可从文章开头的前言中找到并下载）
jclasslib 打开的常量池 1号位置是 Methodref_info 文件：存的是方法引用信息，从思维导图中可以看出存的如下图所示，包括三个 1是标记10，2是index2个字节指向其他常量池，3是index2个字节指向其他常量池。
1号位置 methodref_ref中的类名 cp_info #2 ：意思是指向类的名字在2号位置，这里又存在了4号位置。
1号位置 methodref_ref中的描述 cp_info #3 ：指向的是3号位置的name和type。可以看出
<init> 是构造函数
<()v> ()是指没有参数，V是指返回类型为void类型。