[五]虚拟机执行子系统

以下所有内容来自于《深入理解 Java 虚拟机》这本书的理解和回顾，非照抄原文，肯定有错误，也有故意致错，一切皆为方便理解

Java 内存区域奠定了Java 的基础模型，GC 在这其中周而复始，

那么在这之前，在 Java 程序运行之前，jvm 又做了那些事？

# 课前准备 - 类文件结构

类加载的是 class 文件，这里先大概了解以下 class 文件结构

概念

class 文件是专门给 jvm 使用的，对比机器码和操作系统，class 之于 jvm

各个平台上的虚拟机都统一支持 class 文件

只要是合乎规范的calss文件都能被虚拟机加载

结构：

将class 文件编译成二进制，前四个字节是“魔数”，用来做身份校验，判断是否是合法的 class 文件，类比猪肉盖章

5.6字节是次版本号，7.8是主版本号，jdk1.0主版本 45 ，新版本 + 1，判断是那个 JDK 编译的，以保证高低版本的兼容性.检测

之后就是常量池入口，访问标志等等，由字段表，属性表，方法表等组成

class 文件包含了一个程序代码的所有内容以及添加的一些额外东西，就像厨师炒菜前把菜品分门别类的准备好，放在一起

字节码指令 ：

类似于 x86 指令集，Java 也有自己的指令集，指令参数都存放在操作数栈中

Java 虚拟机采用面向操作数栈的架构（桶状），windows 是面向寄存器（蜂窝状），前者效率低，不占空间，后者以空间换时间，

# 类加载

概念：Java 虚拟机把描述类的数据从 class 文件中加载到内存，并对数据进行校验，解析，初始化，最终形成可以直接被虚拟机使用的 Java 类型的过程

Java 的类加载是在程序运行期间完成，比之提前编译好，效率低，扩展性好（运行时可以动态链接）

过程：

加载：

classlode 根据 classpath 提供的全限定名获取该类的二进制字节流加载到内存（按照一定规则存放在方法区）
由于最终只需要一个二进制字节流，所以可以从任何地方获取，网络，磁盘，压缩包等等
加载过程也可以使用用户自定义类加载器

验证：如果有变态通过手敲 0 1 二进制代码，并放入内存，就可能存在安全性

文件格式验证：class 文件格式规范
元数据验证；对字节码描述的信息进行语义分析
字节码验证：验证分析出来的语义是合法的，安全的，由于该过程较为复杂且耗时，官方将尽可能多的验证提前到编译期
符号引用：在虚拟机将符号引用转化成直接引用时发生 – 解析式中端发生，检查引用是否存在，合法

准备：

静态变量分配内存，并设置初始值（零值，不是程序员代码的初始值）

解析：

符号引用替换为直接引用

在此之前的动作都有虚拟机主导完成，之后的步骤则有用户程序接管

初始化：

正式根据程序初始化类变量和其他资源
初始化阶段就是执行 () 方法的过程

# 双亲委派

在类加载过程中，加载阶段可以自定义类加载器，否则默认使用虚拟机的类加载器

那么虚拟机的类加载器是什么样子呢？

Java 的三层加载器

启动类加载器 Bootstrap Class Loader：加载 JDK 下 lib 文件中的类
扩展类加载器 Extension Class Loader：加载官方提供的扩展类库的类
应用程序类加载器：Application Class Loader：系统类加载器，加载用户类路径上的类库

双亲委派：

加载类时，首现由级别高的加载，没有时，再由下一级加载 ,遇到类加载请求时，先交给父类加载，父类找不到时，再有子类加载

如果一个人写了一个 String 类，里面存在恶意代码，Application Class Loader 直接就把这个类加载到内存中执行了，所有依赖于 String 的类就会有问题，等于是把官方的 String 替换掉了

反之，如果交到启动类加载器手里，它在核心类库中找到了官方的 String 类，此时就不会加载用户的恶意 String 的代码了

# 字节码执行

类加载完毕后，就开始执行，由于 Java指令集是基于栈的，所有操作都在栈上进行

Java 虚拟机以 “栈帧” 作为最基本的执行单元
栈帧需要多大的局部变量表和操作数栈，在编译器已经确定
只有位于栈顶的方法才是运行的，只有位于栈顶的栈帧才是有效的

#分派

Java 中对方法的调用，确定目标方法的过程，多态性的体现，

静态分派：

在编译器确定，在类加载是解析

静态分派只涉及重载，本质是根据方法的参数，确定实际的方法

动态分派：

概念：运行期根据方法接受者的实际类型选择方法版本

方法的重写就是使用动态分派，父子类同名方法是怎么识别的？

静态分派只涉及重载，本质是根据方法的参数，确定实际的方法

动态分派：

概念：运行期根据方法接受者的实际类型选择方法版本

方法的重写就是使用动态分派，父子类同名方法是怎么识别的？

假设 A a = new B(子类)，在执行过程中的 invokevirtual 指令，会根据实际类型，也就是 B 找到复合的方法，否则按照继承关系从上到下寻找最合适的方法，如果找不到，就抛出异常，这就是重写的本质