【jvm】類的位元組碼與載入
一。類檔案結構
類在執行之前會進行編譯，變成以class結尾的檔案，這類檔案在被載入的時候會根據一定的約定變成一個位元組碼檔案，其中對應的位元組碼和型別是：
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]; }
真正的位元組碼長這樣：
[root@localhost ~]# od -t xC HelloWorld.class 0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09 0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07 0000040 00 1c 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e 0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63 0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01 0000140 00 04 74 68 69 73 01 00 1d 4c 63 6e 2f 69 74 63 0000160 61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c 6f0000200 57 6f 72 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 0000220 28 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 0000240 69 6e 67 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 0000260 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 0000300 6e 67 3b 01 00 10 4d 65 74 68 6f 64 50 61 72 61 0000320 6d 65 74 65 72 73 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 0000340 69 6c 65 01 00 0f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 0000360 2e 6a 61 76 61 0c 00 07 00 08 07 00 1d 0c 00 1e0000400 00 1f 01 00 0b 68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 0000420 07 00 20 0c 00 21 00 22 01 00 1b 63 6e 2f 69 74 0000440 63 61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c 0000460 6f 57 6f 72 6c 64 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 0000500 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 01 00 10 6a 61 76 61 0000520 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79 73 74 65 6d 01 00 03 6f 0000540 75 74 01 00 15 4c 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 0000560 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 3b 01 00 13 6a 61 76 0000600 61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 0000620 01 00 07 70 72 69 6e 74 6c 6e 01 00 15 28 4c 6a 0000640 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b 0000660 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01 0000700 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 2f 00 01 00 01 0000720 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 02 00 0a 00 0000740 00 00 06 00 01 00 00 00 04 00 0b 00 00 00 0c 00 0000760 01 00 00 00 05 00 0c 00 0d 00 00 00 09 00 0e 00 0001000 0f 00 02 00 09 00 00 00 37 00 02 00 01 00 00 00 0001020 09 b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 00 00 00 02 00 0a 0001040 00 00 00 0a 00 02 00 00 00 06 00 08 00 07 00 0b 0001060 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 09 00 10 00 11 00 00 0001100 00 12 00 00 00 05 01 00 10 00 00 00 01 00 13 00 0001120 00 00 02 00 14
1.魔數
魔數時直是否是class型別的檔案，佔據開頭的0-3位元組，cafebabe
2.版本
如上面所說，minor和major版本，佔4-7位元組部分。
3.常量池
常量池包括常量池計數（8-9位元組）。
常量池：
1.字面量：也就是語義層面的常量，像int，string之類的，或者fiinal修飾的常量
2.符號引用：
1.包名的引用
2.類名，介面，全限定類名的引用
3.欄位名，欄位描述符，引用
4.方法名，方法描述符，引用
4.類訪問標誌
表示該類是一個公共類或是私有類
5.本類引用
表示本類的全限定名
6。父類引用
表示父類的全限定名
7.介面計數
8.介面表 interface_info
9.欄位計數
10.欄位表 field_info
1.欄位名
2.欄位描述符
3.訪問標誌 如volatile
11.方法計數
12.方法表 method_info
init
cinit
1.方法名
2.方法描述符
3.訪問標誌 syncronized
code:
1.方法位元組碼指令
2.區域性變量表
3.運算元棧深度
二。編譯期處理
1.預設構造器
在編譯的時候如果類本身沒有任何構造器，會給類自動一個無參構造器。
2.自動拆裝箱
3.泛型集合取值
在jdk5之後，編譯時會進行泛型擦除，也就是所有泛型的資訊都消失了，所有的類都當成object來處理
public class Candy3 { public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(10); // 實際呼叫的是 List.add(Object e) Integer x = list.get(0); // 實際呼叫的是 Object obj = List.get(int index); } }
所以在取值時，編譯器真正生成的位元組碼中，還要額外做一個型別轉換的操作：
// 需要將 Object 轉為 Integer Integer x = (Integer)list.get(0);
還好這些麻煩事都不用自己做。編譯器雖然擦除了泛型，但LocalVariableTypeTable保留了資訊，在返回引數時會自動轉化。
使用反射可以獲取泛型資訊。
4.可變引數
可變引數 String... args 其實是一個 String[] args
public class Candy4 { public static void foo(String... args) { String[] array = args; // 直接賦值 System.out.println(array); } public static void main(String[] args) { foo("hello", "world"); } }
它等價於
public class Candy4 { public static void foo(String[] args) { String[] array = args; // 直接賦值 System.out.println(array); } public static void main(String[] args) { foo(new String[]{"hello", "world"}); }
5.foreach迴圈
加強迴圈會被優化成普通迴圈
但集合的迴圈會被優化成迭代器。
6.switch字串
對於這種優化會先判斷字串的hashcode和值，再執行其中的程式碼
7.try-with-resources
再jdk7以後，解除安裝try中的控制代碼都會被自動close。
8.方法重寫時的橋接方法
如果子類返回值可以是父類返回值的子類，則會產生如下變化
class A { public Number m() { return 1; } } class B extends A { @Override // 子類 m 方法的返回值是 Integer 是父類 m 方法返回值 Number 的子類 public Integer m() { return 2; } }
變成：
class B extends A { public Integer m() { return 2; } // 此方法才是真正重寫了父類 public Number m() 方法 public synthetic bridge Number m() { // 呼叫 public Integer m() return m(); } }
三。類載入過程
1。載入
1.把class二進位制檔案載入到方法區中
2.驗證class格式檔案
3.把class位元組碼中的靜態儲存結構轉換為方法去中的執行時儲存結構
4.在堆中生成class物件作為訪問方法區該類的元資訊入口
2。連結
1.驗證元資訊 驗證java語義，
2.驗證位元組碼
3.準備階段 為靜態欄位賦值，不包括引用欄位
如果 static 變數是 final 的基本型別，以及字串常量，那麼編譯階段值就確定了，賦值在準備階 段完成
如果 static 變數是 final 的，但屬於引用型別，那麼賦值也會在初始化階段完成
4符號驗證 （解析）
將常量池中的符號引用解析為直接引用，也就是將全類名符號轉化成類在記憶體中的位置。
同樣解析的還有包名，欄位，方法。
3。初始化
即呼叫<cinit>()v方法。虛擬機器會保證這個類的【構造方法】的執行緒安全。
初始化是懶惰的，以下情況會被初始化：
1.main 方法所在的類，總會被首先初始化
2.首次訪問這個類的靜態變數或靜態方法時
3.子類初始化，如果父類還沒初始化，會引發
4.子類訪問父類的靜態變數，只會觸發父類的初始化
5.Class.forName
6.new 會導致初始化
不會導致初始化的情況“
1.訪問類的 static final 靜態常量（基本型別和字串）不會觸發初始化
2.類物件.class 不會觸發初始化
3.建立該類的陣列不會觸發初始化
4.類載入器的 loadClass 方法
5.Class.forName 的引數 2 為 false 時
四。類載入器
類載入器有三種
1.初始化載入器 bootstrap classloader
2.擴充套件類載入器 extension classloader
3.應用類載入器 application classloader
類載入器遵循向上委派，向下載入的規則。
執行緒上下文類載入器。
我們在使用 JDBC 時，都需要載入 Driver 驅動，不知道你注意到沒有，不寫Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") 也是可以讓 com.mysql.jdbc.Driver 正確載入。其中它的類載入器是bootstrap，但是卻可以載入com.mysql.jdbc.Driver，這是因為其中使用了Class.forName載入，而省略了Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")是因為遵循了spi(Service Provider Interface)，在jar包下的 META-INF/services 包下，以介面全限定名名為檔案，檔案內容是實現類名稱。
如果 static 變數是 final 的基本型別，以及字串常量，那麼編譯階段值就確定了，賦值在準備階 段完成 如果 static 變數是 final 的，但屬於引用型別，那麼賦值也會在初始化階段完成