字节码文件结构概述

我们都知道，java在推出初期，其宣传语是：一次编译，处处运行，为了保证在多个不同平台的兼容性，我们需要多做一件事情，

• 通过编译器把java文件编译成class类字节码文件

• jvm虚拟机识别并解释执行class类字节码文件的二进制指令

这边大概过一遍字节码文件的结构，详细解释参考其他资料。

class类文件本质上是一个8位字节为单位的二进制流文件，各个部位按照严格的顺序来组合排列，jvm按照特定的规则来校验和解释执行

class采用伪结构来存储数据，有两种类型：无符号数和表。

• 魔数：头四个字节，0xCAFEBABE，用来校验是否是一个class文件，很多文件格式通用手段（png.jpg等）

• 常量池：放变量的属性，类型，名称，方法的属性，类型，名称等

• 访问标志：访问类型，是类还是接口，是否为public，类型是否为final

• 类，父类，接口索引：确定类的继承关系

• 字段表属性：描述类或者接口中的字段的属性，比如是否public，是否final，是否static等

• 方法表属性：描述方法的属性，比如是否public，返回值，类型

• 属性表属性：某些场景特有信息，比如字段表中特殊的属性，方法表特殊的属性等

反编译字节码文件

javap options classes
 -help  --help  -?        输出此用法消息
 -version                 版本信息
 -v  -verbose             输出附加信息
 -l                       输出行号和本地变量表
 -public                  仅显示公共类和成员
 -protected               显示受保护的/公共类和成员
 -package                 显示程序包/受保护的/公共类
                          和成员 (默认)
 -p  -private             显示所有类和成员
 -c                       对代码进行反汇编
 -s                       输出内部类型签名
 -sysinfo                 显示正在处理的类的
                          系统信息 (路径, 大小, 日期, MD5 散列)
 -constants               显示最终常量
 -classpath <path&gt;        指定查找用户类文件的位置
 -cp <path&gt;               指定查找用户类文件的位置
 -bootclasspath <path&gt;    覆盖引导类文件的位置

头文件信息

开头的7行信息为头文件信息，描述

1. Class文件的所在位置

2. 最后修改时间

3. 文件大小

4. MD5值

5. 编译自哪个文件

6. 类全限定名

7. jdk次版本号，主版本号

访问标志

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为Public类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为final，只有类可以设置
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用invokespecial字节码指令的新语义．
ACC_INTERFACE	0x0200	标志这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否为abstract类型，对于接口或者抽象类来说，次标志值为真，其他类型为假
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标志这个类并非由用户代码产生
ACC_ANNOTATION	0x2000	标志这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标志这是一个枚举

常量池

constant pool，可以理解为资源仓库，一个工人在盖楼时需要用到各种工具，常量池类似于工人的工具箱，每次根据需要去工具箱拿需要的工具，当调用方法时，进入运行时常量池，根据符号引用去找到变量地址（个人理解）

字面量：字母上的常量，如String，final常量，确定的值，如我确定需要xx型号的扳手

符号引用：占位符，在类加载或者运行时才会解析其具体的地址，如我需要一个锤子，锤子的位置等我需要使用时才会找到

• 类全限定名

• 字段名称和描述符号

• 方法名称和描述符号

方法表集合

对类的方法的描述，以表的形式记录，记录操作数栈，局部变量需要的空间，参数个数等信息，这样当程序调用该方法，方法入栈时，可以确定好这个方法所需要的信息

类名

类名

---

类加载机制

类生命周期

1. 加载

连接 --->

• 验证

• 准备

• 解析

5.初始化

6.卸载

其中，解析因为动态机制，可能会发生在初始化后，这些动作是交替执行的

加载

根据类全限定名，查找并加载类的二进制数据

1. 根据全限定名查找到二进制字节流

2. 将字节流的静态存储结构转化成方法区的运行时结构

3. 在内存中生成一个Class类对象，来定义这个类的信息

验证

验证文件是否安全

1. 文件格式验证，根据头信息验证文件格式合法性

2. 元数据验证，验证类的元数据语义正确性

3. 字节码验证，对数据流和控制流分析

4. 符号引用验证，确保解析时的符号引用替换能够正常执行

准备

为类的静态变量分配内存，并赋初始值

不包括实例变量，实例变量在对象实例化的时候放在堆中。

静态变量存放在方法区（堆中的元空间）中，声明不赋值也会赋默认初始值。在类加载时初始化一次。

解析

把类中的符号引用替换为直接引用

• 符号引用：以一组符号来代表目标，只要能区分就行

• 直接引用：直接指向目标的具体指针

1. 类/接口解析

2. 字段解析

3. 方法解析

4. 接口方法解析

初始化

为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化

执行类构造器<cinit>()方法(编译器自动生成的方法)

cinit：集成类中的所有赋值操作和静态语句块，可以看做此方法执行才会初始化静态语句块和赋值操作。

如果类中没有静态语句块也没有赋值操作，就不会生成

步骤：

1. 若该类没有被加载和连接，先加载并连接

2. 若该类的父类没有被加载和连接，先加载连接父类

3. 若该类有其他初始化语句，依次执行初始化语句

类初始化时机：当类主动使用的时候才会初始化

• 创建了类的实例，new

• 访问了某个类的静态变量或赋值

• 调用类的静态方法

• 反射

• 初始化某个类的子类，父类也会初始化

• jvm启动时标明的启动类，直接用java.exec命令运行某个主类

使用

类访问方法区中的数据结构的接口，对象在堆区

卸载

• 执行了System.gc()

• 程序正常结束

• 程序遇到异常或错误导致终止

• 操作系统错误导致jvm进程终止

类加载器

顾名思义，用来加载类的东西，注意，比较不同类加载器对象之间的比较是不等的，false

启动类加载器

父类的加载器，无法被直接引用，java.开头的，所有的jdk\jre\lib包下的类都由它加载

扩展类加载器

jdk\jre\ext下包的加载器，javax.开头的，可以直接使用该加载器

应用程序类加载器

如果没有定义自己的应用程序类加载器，该加载器为默认类加载器，加载类路径classpath下的对象

自定义类加载器

用户自定义的类加载器，可做定制化

• 自动验证签名

• 动态创建类

• 特定场景获取类

Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别

• Class.forName():把类的class文件加载到jvm中，执行类加载，对类解释，初始化静态变量和静态代码块。（解析并初始化）

• ClassLoader.LoadClass():把类class文件加载到jvm中，只到连接的阶段，执行到解析，等到newInstance时才会初始化

• Class.forName(name,initialize,loader):带参函数，也可控制是否加载static块，只有调用newInstance()方法才会实例化对象。

全盘负责

一个类加载器负责加载某个Class时，该Class依赖和引用的类也由它来负责加载，除非显示让其他类加载器负责

父类委托/双亲委派

先让父类尝试加载，父类加载器无法加载时才由子类加载。

类加载器在加载类的时候，首先会移交给自己的父类去处理，当父类处理不了的时候，才会交由子类来处理。

这是为了保证避免子类和父类之间创建重名类，因为是根据全限定名来加载类的，不同的类加载器之间的全限定名可能会重复。

缓存机制

加载过的Class类会被缓存，需要使用某个Class时会先去缓存找，不存在时才会执行类加载，所以修改了Class后需要重启JVM

jdk9破坏双亲委派

jdk9中引入了java的模块化，jdk9之前根据classpath来寻找依赖，之后可显式指明依赖的模块，所以天然具有扩展性，故ext类加载器也就莫得了。

换成了Plat form Class Loader 平台类加载器