深入理解Java虚拟机体系结构-创新互联
1概述
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1.1Java程序执行流程
Java程序的执行依赖于编译环境和运行环境。源码代码转变成可执行的机器代码,由下面的流程完成:
Java技术的核心就是Java虚拟机,因为所有的Java程序都在虚拟机上运行。Java程序的运行需要Java虚拟机、Java API和Java Class文件的配合。Java虚拟机实例负责运行一个Java程序。当启动一个Java程序时,一个虚拟机实例就诞生了。当程序结束,这个虚拟机实例也就消亡。
Java的跨平台特性,因为它有针对不同平台的虚拟机。
1.2Java虚拟机
Java虚拟机的主要任务是装载class文件并且执行其中的字节码。由下图可以看出,Java虚拟机包含一个类装载器(classloader),它可以从程序和API中装载class文件,JavaAPI中只有程序执行时需要的类才会被装载,字节码由执行引擎来执行。
当Java虚拟机由主机操作系统上的软件实现时,Java程序通过调用本地方法和主机进行交互。Java方法由Java语言编写,编译成字节码,存储在class文件中。本地方法由C/C++/汇编语言编写,编译成和处理器相关的机器代码,存储在动态链接库中,格式是各个平台专有。所以本地方法是联系Java程序和底层主机操作系统的连接方式。
由于Java虚拟机并不知道某个class文件是如何被创建的,是否被篡改一无所知,所以它实现了一个class文件检测器,确保class文件中定义的类型可以安全地使用。class文件检验器通过四趟独立的扫描来保证程序的健壮性:
·class文件的结构检查
·类型数据的语义检查
·字节码验证
·符号引用验证
Java虚拟机在执行字节码时还进行其它的一些内置的安全机制的操作,他们作为Java编程语言保证Java程序健壮性的特性,同时也是Java虚拟机的特性:
·类型安全的引用转换
·结构化的内存访问
·自动垃圾收集
·数组边界检查
·空引用检查
1.3Java虚拟机数据类型
Java虚拟机通过某些数据类型来执行计算。数据类型可以分为两种:基本类型和引用类型,如下图:
但boolean有点特别,当编译器把Java源码编译为字节码时,它会用int或byte表示boolean。在Java虚拟机中,false是由0表示,而true则由所有非零整数表示。和Java语言一样,Java虚拟机的基本类型的值域在任何地方都是一致的,不管主机平台是什么,一个long在任何虚拟机中总是一个64位二进制补码的有符号整数。
对于returnAddress,这个基本类型被用来实现Java程序中的finally子句,Java程序员不能使用这个类型,它的值指向一条虚拟机指令的操作码。
2体系结构
在Java虚拟机规范中,一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统、内存区、数据类型和指令来描述的,这些组成部分一起展示了抽象的虚拟机的内部体系结构。
2.1class文件
Javaclass文件包含了关于类或接口的所有信息。class文件的“基本类型”如下:
u1 | 1个字节,无符号类型 |
u2 | 2个字节,无符号类型 |
u4 | 4个字节,无符号类型 |
u8 | 8个字节,无符号类型 |
如果想了解更多,Oracle的JVM SE7给出了官方规范:The Java® Virtual Machine Specification
class文件包含的内容:
ClassFile { u4 magic; //魔数:0xCAFEBABE,用来判断是否是Java class文件 u2 minor_version; //次版本号 u2 major_version; //主版本号 u2 constant_pool_count; //常量池大小 cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; //常量池 u2 access_flags; //类和接口层次的访问标志(通过|运算得到) u2 this_class; //类索引(指向常量池中的类常量) u2 super_class; //父类索引(指向常量池中的类常量) u2 interfaces_count; //接口索引计数器 u2 interfaces[interfaces_count]; //接口索引集合 u2 fields_count; //字段数量计数器 field_info fields[fields_count]; //字段表集合 u2 methods_count; //方法数量计数器 method_info methods[methods_count]; //方法表集合 u2 attributes_count; //属性个数 attribute_info attributes[attributes_count]; //属性表 }
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