JVM学习笔记（一）

本系列知识80%来自《深入理解Java虚拟机》（周志明）一书，其他部分来自网络再加上一些自己的理解，如有问题请大家指出。在跟着书学习虚拟机的过程中，确实非常枯燥，但是学过之后在工作中真的有一种原来如此的感觉（好像有点燥~）。希望大家坚持学习下去~还有我~.~开始~在我们初次学习java的时候，第一行代码一般都是“hello world”，如下：public class Firs...

答案

1443人浏览 · 2018-09-25 22:53:23

答案 · 2018-09-25 22:53:23 发布

本系列知识80%来自《深入理解Java虚拟机》（周志明）一书，其他部分来自网络再加上一些自己的理解，如有问题请大家指出。

在跟着书学习虚拟机的过程中，确实非常枯燥，但是学过之后在工作中真的有一种原来如此的感觉（好像有点燥_{）。希望大家坚持学习下去}还有我_.

开始~
在我们初次学习java的时候，第一行代码一般都是“hello world”，如下：

public class First {

	public static void main(String[] args) {

		System.out.println("hi");
	}
}

在javac后，文件夹下会多处First.class文件，然后java First后命令行就会输出hi。这个过程分为两步：首先通过javac命令将First.java文件编译为java虚拟机可以执行的First.class文件，然后通过java命令执行First.class中的内容。那么虚拟机是怎么通过First.class文件输出hi的呢？下面来一起研究下

这是First.class文件内容的截图
在这里插入图片描述

我们可以发现.class文件中存储的是一堆16进制数。如果你的英语像我一样Good（_.），那么你会发现开头的“字母”“cafebabe”有些奇怪，如果你的知识像我一样渊源（…），那么你会想到与咖啡关系不浅的java在自己的class文件中出现cafe的字样肯定不是偶然，既然如我优秀的你也发现了这些，那么恭喜你，看到了java表演的第一个魔术，哦不，是魔数（Magic Number）。

每一个class文件的头4个字节称为魔数，它的唯一作用是确定这个文件是虚拟机可以接受的class文件。

其实后面￥%……&*的内容跟魔数一样简单，trust me~

先来看看class文件的结构（图片截自网络）
这里写图片描述
class文件严格按照上图中的部分构成。先来讲解下图中所要表达的意思：类型表示该结构的数据类型，class文件格式只有两种数据类型：无符号数和表。上图中“u”开头数字结尾的为“无符号数”，“info”结尾的为表。

无符号数就是你脑子中的无符号数，没有什么特别的意义，“u”后面的数字表示这个无符号数的长度，单位为字节，即“u1”表示一个字节的无符号数，“u8”表示8个字节的无符号数。

表就是多个无符号数或者表组成的数据结构；

后面是名称，我们大概可以通过名称了解该结构，比如magic就是魔数，minor_version是小版本号。

最后是数量，表示该结构出现的次数。比如魔数数量为1，即出现一次。constant_pool的数量为constant_pool_count - 1，即constant_pool_count的值减去1。

接下来我们用上图中的结构来解读生成的class文件
按照图中结构，class文件首先是一个四位的无符号数，即魔数，对应class文件中的cafe babe。然后是两个字节的小版本号和两个字节的大版本号，分别为0000和0034，换算成十进制为0和50，即小版本为0，大版本为1.8（百度一下）；

然后是一个两字节的constant_pool_count意思是常量池中常量的数量（由于常量池中的常量数量是不定的，所有通过这里指定），001d即29，根据上面的结构图可知，常量池中的常量为29 - 1 = 28个。为什么要减一？这是因为001d换算出来的29表示29个位置，即0、1、2、…、27、28，其中0用来表示不引用常量的意思。所以一共有29 - 1 = 28 个常量。

接下来是颇为麻烦的常量池（麻烦表示常量池杂而多~）。

我们先来看下常量池的项目类型（图片来自网络）：
在这里插入图片描述
这十四种结构中的CONSTANT_MethodHandle_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_InvokeDynamic_info三种是为了更好的支持动态语言在1.7中新增的。

下面根据上图来分析下我们的class文件。001d后面的一个字节是0a即十进制的10，也就是上图中的CONSTANT_Methodref_info：类中方法的符号引用；为了方便分析，这里贴一下常量池中常量项的结构表：

在这里插入图片描述

根据上表结构所示，后面应该是两个u2类型的无符号数，分别对应声明字段的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项和字段描述符CONSTANT_NameAndType的索引项，他们所对应的值分别为0006和000f即6和15，也就是第六个常量项和第十五个常量项的值（在之前的分析中已经看到这个class文件中一共有28个常量项）。至于他们具体的值，我们一点一点分析；接下来是第二个常量项，09即CONSTANT_Fieldref_info字段的符号引用，它的结构与Methodref一样，后面是第十六项和第十七项；
第三项#3（下同）：
tag：08 CONSTANT_String_info 字符串类型字面量
index：0012 CONSTANT_Utf8_info UTF-8编码的字符串即#18
#4
tag：0a(10) CONSTANT_Methodref_info
index：0013 CONSTANT_Class_info #19
index：0014 CONSTANT_NameAndType_info #20
#5
tag：07 CONSTANT_Class_info
index：0015 CONSTANT_Utf8_info #21
#6
tag：07 CONSTANT_Class_info
index：0016 CONSTANT_Utf8_info #22
#7
tag：01 CONSTANT_Utf8_info
length：0006
bytes：3c 69 6e 69 74 3e 翻译后为（3c为“<”）
#8
tag：01 CONSTANT_Utf8_info
length：0003
bytes：282956 ()V
#9
tag：01 CONSTANT_Utf8_info
length：0004
bytes：436f6465 Code
#10
tag：01 CONSTANT_Utf8_info
length：000f
4c696e654e756d6265725461626c65 LineNumberTable
#11
tag：01
length：0004
bytes：6d61696e main
#12
tag：01
length：0016
bytes：285b4c6a6176612f6c616e672f537472696e673b2956 ([Ljava/lang/String;)V
#13
tag：01
length：000a
bytes：536f7572636546696c65 SourceFile
#14
tag：01
length：000a
bytes：46697273742e6a617661 First.java
#15
tag：0c CONSTANT_NameAndType_info
index：0007 #7
index：0008 #8
#16
tag：07
index：0017 #23
#17
tag：0c CONSTANT_NameAndType_info
index：0018 #7
index：0019 #8
#18
tag：01
length：0002
bytes：6869 hi
#19
tag：07
index：001a #26
#20
tag：0c
index：001b #27
index：001c #28
#21
tag：01
length：0005
bytes：4669727374 First
#22
tag：01
length：0010
bytes：6a6176612f6c616e672f4f626a656374 java/lang/Object
#23
tag：01
length：0010
bytes：6a6176612f6c616e672f53797374656d java/lang/System
#24
tag：01
length：0003
bytes：6f7574 out
#25
tag：01
length：0015
bytes：4c6a6176612f696f2f5072696e7453747265616d3b Ljava/io/PrintStream;
#26
tag：01
length：0013
bytes：6a6176612f696f2f5072696e7453747265616d java/io/PrintStream
#27
tag：01
length：0007
bytes：7072696e746c6e println
#28
tag：01
length：0015
bytes：284c6a6176612f6c616e672f537472696e673b2956 (Ljava/lang/String;)V