文章目录
- 前言
- 一、JVM基础
- 1、cross platform 跨平台
- 2、cross language 跨语言
- 3、什么是JVM呢？一张图告诉你
- 4、java从编码到执行*****
- 5. 从跨平台的语言到跨语言的平台
- 6. jvm与class文件格式
- 7. JVM
- 8. javac的过程
- 9. 常见的JVM实现
- 10. JDK JRE JVM
- 二、Class File Format (class 文件格式)
- 1、测试小程序
- a、T0100_ByteCode01.java
- b、idea打开T0100_ByteCode01.class
- 2、class文件
- 3、Class文件解读
- a、javap 翻译class 文件 （java自带）
- b、jclasslib 翻译class文件（idea插件）
- i、一般信息
- ii、常量池：
- iii、接口、字段
- iv、方法*****
- v、附加属性 attributes
- c、小总结*****
- 三、循序渐进增加内容，查看class文件
- 1、实现 interface 接口
- a、测试小程序
- b、编译后class文件
- c、jclasslib 查看
- 2、添加 函数
- a、测试小程序
- b、编译后class文件
- c、jclasslib 查看
- 3、增加类属性
- a、测试小程序
- b、编译后的class文件
- c、jclasslib 查看
- 4、增加带参构造函数和类属性
- a、测试小程序
- b、编译后的class文件
- c、jclasslib 查看
- 5、增加构造函数、类方法、类属性
- a、测试小程序
- b、编译后的class文件
- c、jclasslib 查看
- 四、如何找到 JVM class 格式 官网文档
- 1、直接进入网址即可
- 2、从oracle 官网开始找
- 3、总结
前言
- 文中所用到的class文件结构思维导图下载：class文件思维导图（这个思维导图的来源是下面 的
jvm class 文件格式 官网 ） - jvm 13版本 规范 HTML 版本：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se19/html/index.html
- java 各版本和 JVM各版本下载：https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html
- 本博文是以jdk8版本学习的，文档是13版本。
一、JVM基础
1、cross platform 跨平台
即任何语言只要编译成 class 文件，在装有JVM任何的系统上 都可以运行。
2、cross language 跨语言
即：有好多语言是在JVM上运行的，这就是夸语言的。
3、什么是JVM呢？一张图告诉你
4、java从编码到执行*****
- 通过 javac 命令：将 java文件 编译成 class 文件
- 通过 java 命令：classloader 加载 class 文件以及 java 类库 到
内存中进行装载，装载完成后， 然后调用 字节码解释器 或者JIT即时编译器 来进行解释 或者 编译。 - 之后 由 执行引擎 进行 执行，最终到OS操作系统。
- 那java是解释执行的还是编译执行的呢？其实
解释和编译是可以混合的，如果代码用到的次数比较多，会把代码做成 即时编译 即做成本地的编译，就类似c语言在win中编译成exe文件，这样效率会比较高。
5. 从跨平台的语言到跨语言的平台
JVM：是跨语言的平台。
java：是跨平台的语言。
在JVM上能够跑的语言 到目前有100多种，比如下图中的Scala、groovy语言等。
6. jvm与class文件格式
== jvm跟java无关==
7. JVM
- jvm是一种规范 – java virtual machine specifications
-
https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/ -
https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html - JVM 是 虚构出来的一台计算机
- 字节码指令集（汇编语言）
- 内存管理：栈 堆 方法区等
白话解释：
JVM是一台虚拟出来的一台机器，也就有自己的CPU、内存管理，比如栈、堆、方法区，所以也就有后面的JVM调优等等。
8. javac的过程
9. 常见的JVM实现
Hotspot
- oracle官方，我们做实验用的 JVM
- java –version
Jrockit
- BEA，曾经号称世界上最快的 JVM
- 被Oracle收购，合并于hotspot
J9 – IBM
Microsoft VM
TaobaoVM
- hotspot深度定制版 ▪
LiquidVM
- 直接针对硬件 ▪
azul zing
- 最新垃圾回收的业界标杆
- www.azul.com
Hotspot：就是上面所说的第一个JVM类型
mixed mode：就是 上面 1.4说的混合模式，解释和编译混合执行。
10. JDK JRE JVM
jdk全称：
java development kit，其意思是java开发工具包。jdk是sun公司开发的，jdk包括jre（java runtime environment）java运行环境，一堆java工具[java的编译器（java c.exe），java解释执行器（java.exe）]和java基础的类库（有3000多类，常用的类150多个）。
JRE(Java Runtimely Environment)，java运行环境，只能运行.class文件，不能编译，针对用户。JRE，包含一个JVM（java虚拟机），与java核心类库与其所支持的文件。与JDK不同，它不包含开发工具—编译器，调试器和其他工具。
JVM(java Virtual Machine ) ，Java虚拟机，Java运行环境。Java虚拟机，是一种虚拟出来的计算机，是通过在实际的计算机上模拟仿真各种计算机功能来实现的。
分析和学习class文件。目前公司面试很少用到，但是需要学习和了解哈，抱着兴趣去学。
不能抱着功利性去学。
class文件：就是编译完成之后的 .class 文件
1、测试小程序
a、T0100_ByteCode01.java
最简单的测试小程序，就是一个类，是为了方便观察其编译后的内容，然后由简到繁，逐步学习。
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0100_ByteCode01 {
}
然后编译，生成 T0100_ByteCode01.class 文件。
b、idea打开T0100_ByteCode01.class
如果在idea中打开编译后的 T0100_ByteCode01.class 的文件，就是idea会帮我们进行反编译，反编译的多了一个默认的无参构造函数，这是默认添加的。
注释是反编译出来的注释
//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0100_ByteCode01 {
public T0100_ByteCode01() {
}
}
2、class文件
- 任何的文件都应该是010101二进制，
class文件如果用一个16进制编辑器（sublime text 3）打开，就是如下图所示：
class文件是 二进制字节流。数据类型：u1 u2 u4 u8 和 _info (表类型)（
只是逻辑上分的，其实没有数据类型，只有0和1 ）（u：Unsigned，意为为无符号的，u1指1个字节；u2指2个字节；u3指3个字节；u4指4个字节；u8指8个字节）-
_info 的来源 是Hotspot 源码中的写法
-
查看
16进制格式classFile 的工具
sublime（打开如上图） / notepad- idea插件：
Bined - （上面的红框可以查看二进制、八进制、十六进制的文件，当然二进制是最根本的文件格式）
有很多可以观察byteCode的方法：
-
javap（java自带）：下面有使用 -
JBE 可以直接修改 -
JclassLib idea插件之一 （下面以这个工具主要讲解） - 未下载前 是
idea自带的：
将鼠标放在class文件中： - 不好观察，所以下载插件：
JclassLib 后
classfile构成 看博文开头的xmind文件。
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}3、Class文件解读
class就是二进制字节流，那怎么解释呢，看由谁来解释，这里是
由java虚拟机 JVM 来解释的，为了方便下面以16进制进行查看二进制字节流，十六进制也是 jvm 的规范进行解读。每个十六进制 对应 jvm 制定规范的 含义和指令。比如下面的十六进制 CAFE BABE 对应就是magic number ，含义就是class文件的开头，
提前剧透：常量池是class文件里最复杂的部分
下图就是上面2.2 第一个图片，编译后的class文件，对其进行解读。
== 讲解上图：==
一个小格是一个字节。对十六进制来讲，一个十六进制就是4位。两个十六进制就是一个字节 即8位。（如下图可看出，第一个小格是CA，这是16进制，所以这是一个字节，即8位。）（1字节可以包含两个16进制数）
CAFE BABE 这是java编译后class文件的抬头，比如其他png、GIF的都有自己独有的抬头。这就是 magic number 魔法数。
0000 0034 中，-
0000 为 minor version ，小版本号，比如版本是52.0，则minor version就是.0的概念 -
0034 是 major version ，大版本号，十进制是52,1.8编译完后就是52，1.9就是53。
-
1110：constant_pool_count，常量池里存在常量的个数；两个字节，216=65536，，最多可放65535个常量最多是 - 1。接着是常量的表
constant_pool ：这里就是存常量池的地方，这里面放的是类的一些信息，比如类名、方法、参数等等。如xmid文档，截图部分如下图。- 其长度为
constant_pool_count - 1的表；这里是10，十六进制 就是15，则 就是15-1=14个常量，为什么要减一，因为常量池数组是从1开始的（平时数组是从0开始）因为最前面保留了一个0，将来可能有一些引用指向会表示不指向任意常量的任何一项，就可以用0来代表。 -
access flags ：访问标识，比如public、private、protect、final等。 后面的依次进行 翻译，这里就略过，
每个十六进制数 都对应jvm的设置好的含义或者是指令。可以主要看博文最开始的 xmind文件以及jvm class 格式 官网。
a、javap 翻译class 文件 （java自带）
这样看不是很清楚，可以通过工具来很清晰的查看，就是java自带的javap：会把class文件中的内容帮我们翻译好。（从2.2中可以看到）
javap T0100_ByteCode01.class：显示内容较少，如下，（可通过javap查看参数）
javap -v T0100_ByteCode01.class：下图中可以看到帮我们翻译出来的 minor version、major version、flags 等名称。
flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER：后面的 ACC_SUPER 就是：该标志必须为真，JDK1.0.2之后编译出来的内容必须为真，指明invokespectial指令使用新语义
b、jclasslib 翻译class文件（idea插件）
使用 jclasslib 打开 class 文件，下面并进行分析和说明
i、一般信息
这里包含了class 文件结构的大多数基础信息，当然最重要的还是常量池。
- 本类索引，就是 this class :
cp_info #7 <com/mashibing/jvm/c1_bytecode/T0100_ByteCode01>：后面的 <com/mashibing/jvm/c1_bytecode/T0100_ByteCode01> 就是本类的名称，cp_info #7 就是在常量池的7号存的。绿色可以点击，点击过去就是 常量池的7号位置。 - 父类索引，就是 super class：
cp_info #2 <java/lang/Object> ：后面的还是父类名称，前面就是父类存储在常量池的2号位置。 - 接口计数 即 interfaces count。
- 字段计数 即 fields count。
- 方法计数 即 methods count。
- 属性计数 即 attributes count。
ii、常量池：
- 常量类型有很多种，如下图所示1,3，4,5,6到18，但是没有2，标记：常量池的每一种类型前边都有一个一个字节的标记，用的最多的是第一个：CONSTANT_Utf8_info ，代表 utf8的字符串。 （
下图的思维导图可从文章开头的前言中找到并下载） -
jclasslib 打开的常量池 1号位置是 Methodref_info 文件：存的是方法引用信息，从思维导图中可以看出存的如下图所示，包括三个 1是标记10，2是index2个字节指向其他常量池 ，3是index2个字节指向其他常量池。 -
1号位置 methodref_ref中的 类名 cp_info #2 ：意思是指向类的名字在2号位置，这里又存在了4号位置。 - 回过头来再看
1号位置 methodref_ref 中的 描述 cp_info #3 ：指向的是3号位置的name和type。可以看出
<init> 是构造函数
<()v> ()是指 没有参数，V是指返回类型为void类型。
iii、接口、字段
因为2.1测试小程序很简单，没有接口和字段，所以这里为空
在一般信息中，也可以看出个数，如下
iv、方法*****
测试小程序虽然很简单，啥都没有
但是生成一个默认的 构造函数，调用的父类也就是java.lang.Obeject的构造方法。
这里也有最重要的code 环节，因为函数里会有code的哈，这里会有大量的指令集（JVM大约定义256个左右）
<init> 就是默认的构造函数，从指令的右边可以看出 调用的是父类的默认的构造方法。
code 就是重要的代码部分，右边的上面也有指向常量池的类名称等信息，从这里也可以看出，类方法信息也都存在了常量池中。- JVM 13 版本 的第七章，是十六进制码 与 指令的 对照。即 十六进制码 代表了什么意思，方法的具体实现翻译成class文件都变成了第七章（下图）的 十六进制（本质二进制）和指令（十六进制的映射），也就是
java的汇编语言 。 当前在字节码中，有三个 指令。
指令的翻译可以从官网中查找对应的意思。- 第一个是
aload_0：通过上面文档可以找到（也可以通过鼠标在 jclasslib 中点进去如下图）， -
aload_0 对应的是 0X2a 这个十六进制，可以在class文件的十六进制文本中找到 2a 这个位置，这个位置对应的就是 aload_0 指令，那么 这个指令的作用是干嘛的呢。在文档中检索找到此位置，这个汇编指令代表的是：把本地变量表中的第0项（只要不是静态方法就是 this）放到栈里，然后执行第二条指令 invokespecial。
- 第一个是
-
invokespecial：可以看到右面的 #1 可以点进去进行跟踪。在文档找到描述，如下图，可以看到对应的16进制是 0Xb7。加载到栈中，然后是第三条指令，也就是最后一条指令。format中下面两个indexbyte1和indexbyte2 是指令的两个参数 。
return 返回指令，对应 b1。- 构造函数
<init>的 三个指令 体现在十六进制的 class文件中如下所示。
v、附加属性 attributes
这里默认的就是java的类名称
c、小总结*****
上面主要讲解了class文件的十六进制由JVM解释后的内容，通过JVM文档进行对应解释。
除了常量池之外的，存的内容都是常量池中的地址。
由常量池存放除常量池之外的其他内容的引用地址。
1、实现 interface 接口
a、测试小程序
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
import java.io.Serializable;
public class T0101_ByteCode_With_Interfaces implements Cloneable, Serializable {
}
b、编译后class文件
//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
import java.io.Serializable;
public class T0101_ByteCode_With_Interfaces implements Cloneable, Serializable {
public T0101_ByteCode_With_Interfaces() {
}
}
c、jclasslib 查看
多了两个实现的接口
2、添加 函数
a、测试小程序
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0102_ByteCode02 {
void m() {
int i=0;
int j = i++;
}
}
b、编译后class文件
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0102_ByteCode02 {
public T0102_ByteCode02() {
}
void m() {
int i = 0;
++i;
}
}
c、jclasslib 查看
- 方法增加了一个。自定义的和默认的构造函数。
- 自定义函数对应的指令。
3、增加类属性
a、测试小程序
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0103_ByteCode03 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
}
b、编译后的class文件
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0103_ByteCode03 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
public T0103_ByteCode03() {
}
}
c、jclasslib 查看
4、增加带参构造函数和类属性
a、测试小程序
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0104_ByteCode04 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
public T0104_ByteCode04(int i, String s) {
this.i = i;
this.s = s;
}
}
b、编译后的class文件
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0104_ByteCode04 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
public T0104_ByteCode04(int i, String s) {
this.i = i;
this.s = s;
}
}
c、jclasslib 查看
5、增加构造函数、类方法、类属性
a、测试小程序
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0104_ByteCode05 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
public T0104_ByteCode05(int i, String s) {
this.i = i;
this.s = s;
}
public void m() {}
}
b、编译后的class文件
package com.mashibing.jvm.c1_bytecode;
public class T0104_ByteCode05 {
int i = 0;
String s = "Hello ByteCode!";
public T0104_ByteCode05(int i, String s) {
this.i = i;
this.s = s;
}
public void m() {
}
}
c、jclasslib 查看
1、直接进入网址即可
这是java 19版本的 JVM
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se19/html/index.html
2、从oracle 官网开始找
- 进入oracle 官网：https://www.oracle.com/，通过product 找到java 所在地进来。
- 进入到了java页面，然后点击右上角的
download - 然后进入到了下载页面，也就是默认是最新的java版本，目前是19版本，如下所示
- 拉到下面，找到
document download 中 下面的 read me，点进去 - 然后找到如图的
jdk document 中的红框中的第一个，（这两个都有用）。 - 这就是jdk 文档了，也可以从上面搜索任意一个版本的java版本。
- 找到 下面的
specifications 中的 language and VM 这就是我们此行的目的地了 - 这里就是各个版本的 jdk 文档了，同时还有每个版本新增的亮点，如下图所示，点击下面的 HTML。
- 进入到文档（如下图所示），然后找到第四章（如下图所示），这就是 class 文件 格式的 内容了。
3、总结
从上面的最后一张截图所在的网址里，就可以学习 class 文件 格式的内容，也就是博文最开始总结的 xmind 的内容。
下图中就是class 文件 中 最重要的 常量池中的 tag 的标识。
