JVM规范系列开篇：为什么要读JVM规范？

Posted 2021-04-17 张恒强的学习笔记

许多人知道类加载机制、JVM内存模型，但他们可能不知道什么是《Java虚拟机规范》。对于Java开发来说，《Java虚拟机规范》才是最为官方、准确的一个文档，了解这个规范可以让我们更深入地理解JVM。我们平常说的JVM其实更多说的是HotSpot（HotSpot是JVM规范的一种实现），但我们常常将HotSpot与JVM等同起来。正因对于JVM规范认识的不足，所以我专门准备一个系列的文章，带着大家读一读JVM规范。

在接下来的一系列文章中，我将带着大家一个章节一个章节解读《Java虚拟机规范》。但也因为个人实力原因，无法做好详尽的讲解。所以本系列文章的写作风格是导读。导读的意思是我带着你一起读，遇到一段话，我写下自己的一些想法，与大家分享。导读的缺点就是不成体系，跟着章节走，所以读这个系列的文章不会有深入浅出的感觉。这点大家需要做好心理准备，以免失望。

有时候难免会有纰漏，请大家见谅。也欢迎有兴趣的朋友一起勘误，一起提出不同见解，共同推进JVM学习氛围。

绪论

打开《Java虚拟机规范》目录，我们可以看到规范分为下面几个部分：

• 第1章 引言

• 第2章 Java虚拟机结构

• 第3章 为Java虚拟机编译

• 第4章 Class文件格式

• 第5章 加载、链接与初始化

• 第6章 Java虚拟机指令集

• 第7章 操作码助记符

第1章 引言

从第1章的目录可以看出，其主要介绍一些历史以及Java虚拟机的基础知识，还有各章节提要，没有什么难度。略过。

第2章 Java虚拟机结构

第2章介绍了Class文件格式、数据类型、原始类型、引用类型、运行时数据区、栈帧、字节码指令等。

在这一部分中，我们比较熟悉的就是运行时数据区了。其实我们习惯性叫Java虚拟机内存模型或内存结构，但在JVM规范中是叫做运行时数据区的。此外栈帧也是非常重要的一个部分，与方法的调用有关。字节码指令则是更加深层次的知识。

此外，数据类型、原始类型、引用类型等也是基础的知识，但用得相对较少。

第3章 为Java虚拟机编译

这一章从名字可以看出，写的是如何编译Java文件的，将Java文件编译为字节码文件，最终提供给Java虚拟机使用。

我们之前提到Java虚拟机其实就是将字节码文件翻译成机器码，所以这里就是编译器把Java源码编译成字节码。但是到底如何编译呢？

• 算数运算要怎么编译？

• 常量池如何编译？

• 方法调用如何编译？

• ……

这一章解决的就是这个问题。

第4章 Class文件格式

前面提到过JVM的输入物料是字节码文件，也就是Class文件，而不是Java文件。也就是说无论是Java语言，还是php语言，只要你能编译出字节码文件，那JVM就能够运行。

那么我们就知道这个Class文件必定是有统一格式的。而这一章节说的内容就是Class文件的格式构成。之前我们写过一个HelloWorld.java文件，将其编译成字节码文件，然后一个字节一个字节地分析其内容。要能分析字节码文件的内容，首先就得弄清楚Class文件的格式。而这一章就是讲解字节码文件格式的。

这一章节也是非常重要的。

第5章 加载、链接与初始化

Java虚拟机规范其实是递进、非常有节奏的。前面第2章讲了JVM的内存结构，之后将如何将源文件（.java）编译成字节码文件（.class）文件，之后将了字节码文件的格式。那么下一步是什么？

下一步就是把字节码文件加载到内存中运行呀！

没错，第5章说的就是这个内容。

首先是加载。《Java虚拟机规范》在这一章中说明了Java虚拟机将如何启动、如何创建、加载类。

其次是链接（包括验证、准备、解析）。首先会验证，字节码文件加载进来了，那么就必须要验证下这个字节码文件是否写对了，不然随便写一个文件就运行，岂不是乱套了。准备是给变量和对象分配内存。校验完数据格式，那么就要针对字节码内容进行解析了，就是读懂这些字节码数据到底要干嘛。这个过程包括了：类与接口解析、字段解析、普通方法解析等等。

之后是初始化。会运行一些初始化的构造方法，用于初始化数据。

最后运行完毕，Java虚拟机退出。

第6章 Java虚拟机指令集

指令集，其实就是一系列指令的集合。例如我们需要给一个局部变量赋予1这个值，即这个动作：int a = 1; 在我们看来，这很简单，但对于机器来说需要很多个动作。

所以Java虚拟机指令集就是将这些常用的动作集中起来，定义成一系列指令，方便我么能使用。

总结

《Java虚拟机规范》是最官方的标杆，弄懂它之后，你不会再为网上乱七八糟的资料烦恼，因为这里就是最标准的。但对于初学者来说，看JVM规范实在是枯燥难懂。所以如果你是初学者，看了这个系列的文章觉得很难懂，也不要气馁，因为着很正常。作者也是经过了三四年的不断理解和修正，才慢慢弄懂这些东西。

有时候写这个系列，我也经常质问自己：你自己水平还不够，如果写出一些不准确的东西，岂不是误人子弟。这个想法在我心中存在了许久，总是觉得要到达很高的水平才可以做这么一件事情。但后来我想：做一件事情，更重要的是你有多想去做，你希望创造价值的信念有多强，而不是你有多强。有些人很强，但他们却不分享了。而有些人，即使他们理解不是那么深刻，但他们乐于分享，却帮助了不少的人。

对于学习者的你们也是如此。学习JVM不是你需要对它的认识和理解有多深，而是你有多想学。来吧，和我一起一起进入JVM的海洋，一起学习吧！

转载出处：https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/jvm_specification_00_guide.html