JVM 类文件结构(class文件)

JVM

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类文件结构

1、class文件的组成

  1. 无符号数:基本数据类型 u1 u2 u3 u4 描述
    1. 数字
    2. 字符串
    3. 索引引用
  2. 表:复合数据类型,无符号数 + 表组, _info结尾

2、class文件是大段字节序

方便阅读

3、class文件的组成部分

  1. 魔数
  2. 版本号
  3. 常量池
  4. 访问标志
  5. 类索引
  6. 父类索引
  7. 接口索引集合
  8. 字段表集合
  9. 方法表集合
java 复制代码
// 魔数 咖啡
// 版本号
// 常量池
// 访问标志
// 类索引,父类索引,接口索引集合
final class Man extends Person implements IEat, ISleep{
    public static final String YEAR = "2023"
    String name; // 字段表集合
    public void talk(){ // 方法表集合
        //
    }
}

4、魔数是什么?

  1. 0xCAFEBABY 咖啡宝贝
  2. 4byte

5、版本号

  1. 次版本号:儿子在前 // 质子
  2. 主版本号:爸爸在后 // 纣王

常量池

6、常量池 = 入口 + 常量池

  1. 入口:u2,= 多少个常量
  2. 常量池:1个常量 = 1个表,
    1. 17种表 = U1 tag + 独立的结构

7、常量池中存放的内容

  1. 字面量(常量值,String)
  2. 符号引用
    1. 类和接口的名称
    2. 方法的名称和描述符,描述符()Ljava/lang/String;
    3. 字段的名称和描述符,描述符Ljava/lang/Object;
    4. 方法句柄和方法类型
    5. 动态调用点和动态常量

8、方法的描述符 ==> JNI方法描述符

方法的参数类型和返回类型

9、JNI中方法描述符(Method Descriptor)

  1. 唯一地标识一个方法
  2. 一个方法描述符为:(Ljava/lang/String;I)V 表示该方法有两个参数,分别为String类型和int类型,返回值类型为void。

10、JVM中方法句柄和方法类型是指什么? ===> 反射机制

  1. 方法句柄(MethodHandle):可以看作是一个轻量级的函数指针,用于表示对方法的调用。
  2. 方法类型(MethodType)描述了方法的参数类型和返回类型。
  3. 两者通常一起使用:
java 复制代码
Person person = new Person();
MethodType methodType = MethodType.methodType(void.class);
MethodHandle methodHandle = MethodHandles.lookup().findVirtual(Person.class, "sayHello", methodType);
methodHandle.invokeExact(person);

11、JVM中的动态调用点

  1. 指的是在程序运行时根据实际对象类型来确定要调用的方法。这种调用方式称为【动态分派】 ===> JVM 方法调用
  2. 动态调用点通常发生在针对多态类型的方法调用中。
  3. 动态调用点的确定是在运行时发生的,使用了虚方法表(virtual method table)来存储对象的方法信息,以便在运行时进行动态分派。
    1. 在虚方法表中,每个方法对应一个偏移量,通过偏移量可以找到对应的方法实现。 ===> 虚方法表

12、JVM中的动态常量

  1. 运行时才确定常量的数值
  2. 有性能开销
java 复制代码
public class Main {
    public static final int MAX_VALUE = calculateMaxValue();
    public static int calculateMaxValue() {
        // 这里可以是一些复杂的逻辑来计算最大值
        return 100;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("最大值:" + MAX_VALUE);
    }
}

访问标志-access_flags

  1. class是类、接口、注解还是枚举
  2. 是否是public、abstract等

类索引

1、类索引是什么?

  1. 用于到常量池中寻找:类的全限定名

父类索引

  1. U2
  2. 用于到常量池中寻找:父类的全限定名

接口索引集合

  1. 入口 + 索引表集合(U2集合)
  2. 用于到常量池中寻找:接口的全限定名

字段表集合

  1. 入口 + 字段表
  2. 描述类和接口中声明的字段
  3. 字段表中每一项包含的内容
    1. 访问标志
    2. 名称索引 -> 常量池中
    3. 描述符索引 -> 常量池中
    4. 属性表集合 = 入口 + 属性表
      1. 举例:final static int a = 123, 在属性表中会有COnstantValue属性 ===> 类加载阶段

方法表集合

  1. 入口 + 方法表
  2. 访问标志 + 名称索引 + 描述索引 + 属性表集合

2、特征签名是什么?

  1. 方法重载的时候,Java中特征签名 = 方法参数在常量池中符号引用的集合
  2. class中特征签名 = 返回值 + 方法参数在常量池中符号引用的集合

属性表

1、属性表的主要属性 ===> APT ===> ASM

  1. Code

  2. Exception

    1. 和异常表不同 ===> ?
    2. 展示方法需要检查哪些异常
  3. ConstantValue ===> 类加载机制,准备阶段

    java 复制代码
    int x = 123; // <init()>实例构造方法中赋值
    static int x = 123; // <clinit>类构造器中赋值
    final static int x = 123; //ConstantValue属性,在【准备阶段】赋值

2、Code属性的结构

  1. 属性名
  2. 属性长度
  3. 操作数栈最大深度
  4. 局部变量表的存储空间(slot为单位):不等于局部变量表最大值,会复用
  5. 字节码长度:总长度
  6. 字节码指令:多个指令
    1. aload_0、invokespecial、init等指令
  7. 异常表
    1. start_pc
    2. end_pc
    3. catch_type
    4. handler_pc
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