深入理解JVM（10）——Class文件结构

Posted 2021-11-24 baoziy

什么是“JVM”的无关性

       Java具有平台无关性，也就是任何操作系统都能够运行Java代码，之所以能够实现这一点，是因为Java运行在虚拟机上，不同的操作系统都有各自的Java虚拟机，从而实现一次编译，到处运行。

       JVM不仅具有平台无关性，还具有语言无关性。平台无关性是指不同的操作系统都有各自的JVM来运行Java代码，但语言无关性是指Java虚拟机能运行除了Java之外的代码，只是对能运行的语言有严格的要求。

       Java源代码首先需要使用Javac编译器编译程class文件，然后启动JVM执行class文件，从而程序开始执行。言外之意就是JVM只认识class文件，它不管是何种语言生成了class文件，只要class文件符合JVM的规范就行。因此目前已经有Scala、JRuby、Jython等语言能够在JVM上运行。它们有各自的语法规则，不过它们的编译器都能将各自的源码编译成符合JVM规范的class文件，从而能够借助JVM运行它们。

Class文件结构:

class文件是二进制文件，它的内容具有严格的规范，文件中没有空格，全部都是连续的0/1，class文件中的全部内容被分为两部分内容：无符号数（它表示class文件中的值，这些值没有任何类型，但有不同的长度）和表（class文件中的数据要么是单个值，要么是二维表。）。

class文件的组织结构：

1. 魔数：用来表示这个class文件的类型，魔数的作用就相当于文件后缀名，只不过后缀名容易被修改，不安全，因此在class文件中用魔数表示文件类型比较合适。
2. 本文件的版本信息：它表示本class中使用的是哪个版本的JDK。在高版本的JVM上能够运行低版本的class文件，但在低版本的JVM上无法运行高版本的class文件，即使该class文件中没有用到任何高版本JDK的特性也无法运行！
3. 常量池：

a)        通常存放两种类型的常量：字面值常量和符号引用。

b)        常量池的特点：

1)        常量池的长度不固定

2)        常量池中的常量由二维表来表示

3)        常量池是class文件的资源仓库

4)        常量池是与本class文中其他部分联系最紧密的一部分

5)        常量池是class文件中占空间最大的一部分

c)        为什么Java中定义的类名、变量名必须小于64K：类、接口、变量等名字都属于符号引用，它们都存储在常量池中，这种类型的常量使用u2存储字符串的长度。由于2字节最多能表示65535个数，因此这些名字的最大长度最多只能是64K。

d)        什么是UTF-8编码？什么是缩略UTF-8编码：前者每个字符使用3个字节表示，而后者把128个ASKII码用1字节表示，某些字符用2字节表示，某些字符用3字节表示。

1. 访问标志：访问标志是用来表示这个class文件是类还是接口、是否被public修饰、是否被abstract修饰、是否被final修饰等。
2. 类索引、父类索引、接口索引集合: 类索引、父类索引、接口索引集合是用来表示当前class文件所表示类的名字、父类名字、接口们的名字。
3. 字段表集合: 字段表用来存储本类涉及到的成员变量，包括实例变量和类变量，但是不包括方法中的局部变量。每一个字段表示一个成员变量，本类中所有的成员变量组成字段表。
4. 方法表集合：在class文件中，所有的方法都是以二维表的形式来存储，每一张表表示一个函数，一个类中的所有方法构成方法表的集合。方法表集合的结构和字段表集合的结构一致，只不过访问标志和属性表集合的可选项有所不同。
5. 方法表集合的注意点：

a)        如果class文件没有重写父类的方法，那么本class文件的方法表集合中不会出现父类/父接口的方法表

b)        本class文件的方法表中可能出现程序员没有定义的方法，因为在编译类的时候编译器会在class文件的方法表集合中加入类构造器和实例构造器。

c)        重载一个方法需要有相同的简单名称和不同的特征签名。JVM的特征签名和Java的特征签名不一样：Java的特征签名（方法参数在常量池中的字段符号引用的集合）；JVM的特征签名（方法参数+返回值）