文章目录
6.1 概述
6.2 无关的基石
- 介绍java虚拟机可以运行其他语言编译得到的字节码文件。
6.3 Class类文件结构
- class文件中只有两种数据类型：无符号数（属于基本数据类型）和表（由多个符号数或者其他表作为数据项的复杂数据类型。
- 无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的集合。
6.3.1 魔数与Class文件的版本
- 每个Class文件的头4个字节成为魔数（Magic Number），它的作用是唯一确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。
- 使用魔数来进行识别主要是基于安全的考虑，因为文件扩展名可以随意改动。
- Class文件的魔数值为：0xCAFEBABA（“咖啡宝贝”）
- 紧接着4个字节是次版本号和主版本号
6.3.2 常量池
- 可以理解为Class文件之中的资源仓库。常量池的入口需要放置一个u2（代表2个字节）类型的数据，代表常量池容量计数器的值。
- 常量池的项目类型
- 14种常量项结构总表
- 分析Class文件字节码工具：javap，指定参数-verbose输出文件字节码内容。
6.3.3 访问标志
- 紧接着的两个字节代表访问标志，用于识别一些类或者接口层次的访问信息。
- 标志位以及标志的含义
6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合
- 类索引和父类索引都是一个u2类型的数据，而接口索引是一组u2类型的数据集合，由这三项数据来确定类的继承关系。
6.3.5 字段表集合
- 字段表用于描述接口或者类中声明的变量
- 字段表结构
- 字段访问标志
6.3.6 方法表集合
- 对方法的描述与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式，方法表和字段表一样。
- 访问标志表有所差异。因为volatile和transient关键字不能修饰方法，还有synchronized、native等可以修饰方法。
6.3.7 属性表集合
用于描述某些场景专有的信息，在class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合。
- Code属性：java程序方法体中的代码经过javac编译器处理后，最终变成字节码指令存储在Code属性内。
- Exceptions 属性：是列举出方法中可能抛出的受查异常，也就是方法中描述时在throws关键字后面列举的异常。
- LineNumberTable属性：用于描述java源码行号与字节码行号之间的对应关系。并不是运行时必需的属性。
- LocalVariableTable属性：用于描述栈帧中局部变量表中的变量与java源码中定义的变量之间的关系。也不是运行时必需的属性。
- SourceFile属性：用于记录生成这个Class文件的源码文件名称。也是可选的。
- ConstanValue属性：作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量才能使用这项属性。
- InnerClasses属性：用于记录内部类与宿主类之间的关联。
6.4 字节码指令简介
- java虚拟机指令由一个字节长度的（因此指令集的操作码总数不超过256条），代表着某种特定含义的数字（称为操作码）以及跟随其后的零至多个代表此操作所需要参数（操作数）构成。
- 由于java虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的架构，所以大多数的指令都不包含操作数，只有一个操作码。
6.4.1 字节码与数据类型
- 在指令集中大多数指令都包含了其操作所对应的数据类型信息。如iload指令用于从局部变量表中加载int型的数据到操作数栈中，fload等。
6.4.2 加载和存储指令
- 用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输。
- 将一个局部变量加载到操作数栈中：iload、iload_（n表示操作局部变量表中的第n个变量）、lload、lload_、fload、fload_、dload、dload_、aload（加载引用类型）、aload_。
- 将一个数数值从操作数栈中存储到局部变量表：istore、istore_、dsotre、dstore_，asotre、astore_。
- 将一个常量加载到操作数栈：iconst_、lconst_等
6.4.3 运算指令
- 用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并把结果重新存入操作栈顶。
- 运算指令大致分两种对整型数据运算的指令和对浮点数运算的指令，由于java虚拟机中没有支持byte、short、char、boolean类型的算法指令，这类数据都应使用int类型的指令替代。
- iadd、isub、imul、idiv、irem（取余）、ineg（取反）等。
6.4.4 类型转换指令
- 用于将两种不同的数值类型进行相互转换。
- l2i（将long转换为int）、f2i（将float转换为int）。
6.4.5 对象创建与访问指令
- 创建类实例的指令：new
- 创建数组的指令：newarray、anewarray、myltianewarray。
- 访问类字段（static字段）和实例字段的指令：getfield、putfield、getstatic、putstatic。
- 将一个数组元素加载到操作数栈的指令：iaload（i表示int，a表示array）、laload。
- 将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令：iastore、fastore。
- 去数组长度的指令：arraylength。
- 检查类实例类型的指令：instanceof、checkcast。
6.4.6 操作数栈管理指令
-用于直接操作操作数栈的指令。
- 将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈：pop、pop2。
- 复制栈顶一个或两个数值并将复制值重新压入栈顶：dup、dup2。
- 将栈最顶端的两个数值进行交换：swap。
6.4.7 控制转移指令
- 可以让java虚拟机有条件或无条件地从指定的位置指令执行。
- 条件分支：ifeq、iflt、ifgt、ifnull、if_icmpeq、if_icmpne等。
- 复合条件分支：tableswitch、lookupswitch。
- 无条件分支：goto、
6.4.8 方法调用和返回指令
- invokevirtual指令用于调用对象的实例方法。
- invokeinterface指令用于调用接口方法。
- invokespecial指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法、私有方法和父类帆帆发。
- invokestatic指令用于调用类方法。
- invokedynamic用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法。
6.4.9 异常处理指令
- java程序中显示抛出异常的操作（throw语句）都athrow指令来实现。
6.4.10 同步指令
- java虚拟机支持方法级的同步和方法内部一段指令的序列同步，都是使用管程来支持的。
- 方法级的同步是隐式的无须通过字节码指令来控制，是通过方法常量池的方法表结构中的ACC_SYNCHARONIZED访问标志得治一个方法是否声明为同步方法。
- 同步一段指令集序列是由java语言中的synchronized语句块来表示。java虚拟机的指令集中有moniorenter和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字的语义。
