1. JVM 概述
JVM：Java Virtual Machine，也就是 Java 虛擬機(jī)
所謂虛擬機(jī)是指：通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
即：虛擬機(jī)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行在完全隔離的環(huán)境中，且它的硬件系統(tǒng)功能是通過(guò)軟件模擬出來(lái)的。
JVM 通過(guò)軟件來(lái)模擬 Java 字節(jié)碼的指令集，是 Java 程序的運(yùn)行環(huán)境。
1.1 JVM 的主要功能
JVM 的主要功能包括：
- 通過(guò)
ClassLoader尋找和裝載class文件； - 解釋字節(jié)碼成為指令，并執(zhí)行，同時(shí)提供
class文件的運(yùn)行環(huán)境； - 進(jìn)行運(yùn)行期間的內(nèi)存分配和垃圾回收；
- 提供與硬件交互的平臺(tái)。
1.2 虛擬機(jī)是 Java 平臺(tái)無(wú)關(guān)的保障
Java 程序只跟 Java 虛擬機(jī)相關(guān)，跟平臺(tái)無(wú)關(guān)。
跟平臺(tái)相關(guān)的是
Java虛擬機(jī)本身。
2. JVM 規(guī)范的作用
Java 虛擬機(jī)規(guī)范為不同的硬件平臺(tái)提供了一種編譯 Java 技術(shù)代碼的規(guī)范。
JVM規(guī)范只是對(duì)編譯出來(lái)的class字節(jié)碼文件進(jìn)行規(guī)范，而并沒(méi)有對(duì)Java源文件進(jìn)行規(guī)范。也就是說(shuō)
Java虛擬機(jī)只認(rèn)class字節(jié)碼文件，不認(rèn)Java源文件。
Java虛擬機(jī)不關(guān)心class字節(jié)碼文件是怎么來(lái)的 ，只關(guān)心class字節(jié)碼文件符不符合JVM規(guī)范。即使開(kāi)發(fā)語(yǔ)言不是
Java，只要能編譯生成符合JVM規(guī)范的class字節(jié)碼文件，那么這種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言也是可以使用的。即
Java虛擬機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)無(wú)關(guān)，也實(shí)現(xiàn)了開(kāi)發(fā)語(yǔ)言無(wú)關(guān)。
JVM 規(guī)范使 Java 軟件獨(dú)立于平臺(tái)，因?yàn)榫幾g是針對(duì)作為虛擬機(jī)的 “一般機(jī)器” 而做。
這個(gè)作為虛擬機(jī)的 “一般機(jī)器” 可以是用軟件模擬并運(yùn)行于各種現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；也可以是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
JVM規(guī)范只是對(duì)Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)提出了一些必須遵循的要求，并沒(méi)有規(guī)定如何去實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)。因此，不同廠商實(shí)現(xiàn)的Java虛擬機(jī)可能是不同的。
3. JVM 規(guī)范文檔的下載獲取
Java 8版本的虛擬機(jī)在網(wǎng)上有中文版的。
Java 8和Java 13版本的JVM規(guī)范文檔基本上是一樣的（在Java 13版本中的第5章多出了Module小節(jié)）。
4. JVM 規(guī)范中的主要內(nèi)容
這里介紹 Java SE8 虛擬機(jī)規(guī)范文檔（中文版）中的主要內(nèi)容：
- 字節(jié)碼指令集（相當(dāng)于中央處理器
CPU） -
Class文件的格式 - 數(shù)據(jù)類型和值
- 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)
- 棧幀
- 特殊方法
- 類庫(kù)
- 異常
- 虛擬機(jī)的啟動(dòng)、加載、鏈接和初始化
4.1 字節(jié)碼指令集
class 字節(jié)碼指令集的相關(guān)內(nèi)容可參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 中的第 2.11 節(jié)、第 6 章、第 7 章。
詳見(jiàn) 5. 字節(jié)碼指令集
4.2 Class 文件的格式
參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 中第 4 章內(nèi)容
詳見(jiàn) 8. Class 文件的格式
4.3 數(shù)據(jù)類型和值
參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 中第 2.2、2.3、2.4 節(jié)內(nèi)容
4.4 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)
參考 《內(nèi)存分配》 中的 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)
4.5 棧幀
參考本文章中的 棧幀
參考 《內(nèi)存分配》 中的 Java 棧
參考 《字節(jié)碼執(zhí)行引擎》 中的 棧幀
4.6 特殊方法
參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 中第 2.9 節(jié)內(nèi)容
詳見(jiàn) 6. 特殊方法
4.7 類庫(kù)
詳見(jiàn) 7. 類庫(kù)
4.8 異常
參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 中第 2.10 節(jié)內(nèi)容
4.9 虛擬機(jī)的啟動(dòng)、加載、鏈接和初始化
參考 《類加載、連接和初始化》
5. 字節(jié)碼指令集
5.1 字節(jié)碼指令集簡(jiǎn)介
Java 虛擬機(jī)的指令由一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的、代表著某種特定操作含義的 操作碼（opcode）以及跟隨其后的 0 至多個(gè)代表此操作所需參數(shù)的 操作數(shù)（operand）所構(gòu)成。
虛擬機(jī)中許多指令并不包含操作數(shù)，只有一個(gè)操作碼。
我們常說(shuō)的字節(jié)碼指令其實(shí)就是這里的操作碼。
5.2 數(shù)據(jù)類型與指令集
JVM 根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型提供不同的字節(jié)碼指令。
如下表所示：
第 1 列的 Txxx 中的 T 相當(dāng)于泛型參數(shù)，
即數(shù)據(jù)類型不同，T 的取值不同。如：對(duì) byte 類型，Tipush 即為 bipush
5.3 加載和存儲(chǔ)指令
5.4 算術(shù)指令
5.5 類型轉(zhuǎn)換指令
5.6 對(duì)象的創(chuàng)建與操作指令
5.7 操作數(shù)棧管理指令
5.8 控制轉(zhuǎn)移指令
5.9 方法調(diào)用和返回指令
5.10 拋出異常相關(guān)的指令
5.11 同步相關(guān)的指令
5.12 指令格式表（描述指令的功能，使用方式等）
通過(guò)指令格式表對(duì)指令進(jìn)行描述，告訴你如何使用指令，指令格式表如下圖所示：
指令格式表中描述了指令的功能，使用方式，注意事項(xiàng)等。
上表中，助記符就是字節(jié)碼指令（助記符是給人看的）。操作碼就是字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的編碼（給機(jī)器識(shí)別的）。
指令集中的指令都會(huì)以上表為模板進(jìn)行描述。
如何閱讀指令格式表
下面舉例說(shuō)明如何閱讀指令格式表中對(duì)指令的描述。
實(shí)際開(kāi)發(fā)中，可以在 《
Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 中第6.5節(jié)中查找具體指令的格式表
5.13 如何用字節(jié)碼指令集表示 Java 代碼
如果對(duì)某些字節(jié)碼指令不知道什么時(shí)候用到，可以參數(shù) 《
Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 中第3章的內(nèi)容，查看字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的Java代碼是什么樣的。
6. 特殊方法
6.1 <init>
實(shí)例初始化方法，通過(guò) JVM 的 invokespecial 指令 來(lái)調(diào)用
<init>方法并不是指Java代碼中定義的構(gòu)造方法。
Java代碼中定義的構(gòu)造方法可以理解成是JVM在執(zhí)行完<init>方法，創(chuàng)建了實(shí)例對(duì)象之后，給程序員提供的一種回調(diào)方法。
6.2 <clinit>
類或接口的初始化方法，不包含參數(shù)，返回 void。
7. 類庫(kù)
8. Class 文件的格式
8.1 Class 文件概述
Class 文件是 JVM 的輸入；是 JVM 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無(wú)關(guān)、語(yǔ)言無(wú)關(guān)的基礎(chǔ)。
Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義了Class文件的結(jié)構(gòu)（參考 《Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 中第4章內(nèi)容）。
Class 文件是一組以 8 字節(jié)為單位的字節(jié)流。文件中的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目按指定的順序緊湊排列。
對(duì)于占用空間大于
8字節(jié)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，按照高位在前的方式分割成多個(gè)8字節(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)。
8.2 Class 文件中的兩種類型（無(wú)符號(hào)數(shù)、表）
總的來(lái)說(shuō)，Class 文件中只有兩種類型：
-
無(wú)符號(hào)數(shù)： 即基本數(shù)據(jù)類型。以
u1、u2、u4、u8來(lái)代表幾個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)。u1代表1字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)，…，u8代表8字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)。 -
表： 由多個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)和其他表構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。通常以 “
_info” 結(jié)尾。
8.3 ClassFile 結(jié)構(gòu)
8.4 查看 Java 源碼對(duì)應(yīng)的 Class 字節(jié)碼文件的三種方式
8.4.1 在 Eclipse 中查看 class 文件
在 Eclipse 的 Navigator 視圖中找到 class 文件，打開(kāi)查看即可。
此方式查看的
class文件不完整。
8.4.2 通過(guò) javap 命令查看 class 文件
在 class 文件所在的 bin 目錄下執(zhí)行 “javap -verbose 全路徑類名” 查看 class 文件。
此方式查看的
class文件是完整的。
javap 生成的非正式 “虛擬機(jī)匯編語(yǔ)言” 的格式：
通過(guò) javap 查看 class 文件時(shí)，對(duì)于類中成員方法的方法體代碼，采用非正式 “虛擬機(jī)匯編語(yǔ)言” 進(jìn)行描述。格式如下：
<index> <opcode> [<operand1> [<operand2> ...]] [<comment>]
其中：
<index> 是指令操作碼在 code[] 數(shù)組中的索引，code[] 數(shù)組以字節(jié)形式來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前分發(fā)的 `Java` 虛擬機(jī)代碼；
也可以是相對(duì)于方法起始處的字節(jié)偏移量
<opcode> 是指令的操作碼
<operand> 是操作數(shù)
<comment> 是行尾的注釋
如上圖中的 main 方法所示：
對(duì)于 0: getstatic #23 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
其中：
<index> 就是 0
<opcode> 就是助記符 getstatic（用于獲取類的靜態(tài)字段值）
<operand> 只有一個(gè)，就是 #23（表示 Constant Pool 常量池中的編號(hào)）
<comment> 就是 // 后面的內(nèi)容
這條非正式 “虛擬機(jī)匯編語(yǔ)言” 的含義就是：將靜態(tài)字段值 System.out 插入到操作數(shù)棧的棧頂
8.4.3 通過(guò) 16 進(jìn)制文件查看工具（如 winhex）查看 class 文件
參考 《Java 虛擬機(jī)規(guī)范 Java SE 8 版》 第 4.1 節(jié)內(nèi)容，結(jié)合 ClassFile 結(jié)構(gòu)，對(duì) winhex 中顯示的 Hello.class 文件的 16 進(jìn)制數(shù)據(jù)分析如下：
1. 最開(kāi)始的 4 字節(jié)（u4）是 magic（魔數(shù)），JVM 規(guī)范要求固定為 0xCAFEBABE
2. 接下來(lái)的 2 字節(jié)（u2）是 minor_version（副版本號(hào)），即 0x0000，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制 0
3. 接下來(lái)的 2 字節(jié)（u2）是 major_version（主版本號(hào)），即 0x0034，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制 16*3+4 = 52
因?yàn)?JDK 版本為 1.k（k>=2）時(shí)，對(duì)應(yīng)的 class 文件版本號(hào)范圍是 45.0 ~ 44+k.0，所以這里的版本號(hào)是 1.8.0（44+8 = 52）
4. 接下來(lái)的 2 字節(jié)（u2）是 constant_pool_count，表示常量池的大小，即 0x0035，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制 53
注意：常量池的大小不是指常量池所占的內(nèi)存字節(jié)數(shù)，而是指常量池中的成員個(gè)數(shù)。
常量池中的成員索引為 [0, constant_pool_count - 1]，
常量池中的 #0 不是一個(gè)有效的常量池項(xiàng)，僅用來(lái)表示 “不引用任何一個(gè)常量池項(xiàng)”。
也就是說(shuō)，當(dāng) constant_pool_count = 53 時(shí)，常量池中有效的常量索引為 #1 ~ #52
8.5 常量池
Java 虛擬機(jī)指令不依賴于類、接口、類的實(shí)例對(duì)象、或數(shù)組的運(yùn)行時(shí)布局，而是依賴常量池表中的符號(hào)信息。
即通過(guò)指令集中的指令來(lái)描述
Java代碼時(shí)，需要依賴class文件中常量池內(nèi)保存的符號(hào)信息。
8.5.1 常量池項(xiàng)在 class 文件中的通用格式
常量池表中的所有的項(xiàng)都具有如下通用格式：
cp_info {
u1 tag;
u2 info[];
}
常量池表中，一個(gè) cp_info 表示一個(gè)常量池項(xiàng)，ClassFile 結(jié)構(gòu)中的常量池?cái)?shù)組就是由多個(gè) cp_info 構(gòu)成的。
常量池表中，存在多個(gè)不同類型的 cp_info（常量池項(xiàng)）。
cp_info中占1字節(jié)（u1）的tag表示cp_info的類型。
tag不同，cp_info成員結(jié)構(gòu)（info[]）也不同，cp_info所占的內(nèi)存大小也不同。
注意：通用格式中的 “
u1 info[]” 并不是說(shuō)cp_info中tag之后info數(shù)組只占1字節(jié)。“
u1 info[]” 沒(méi)有明確的含義，必須根據(jù)不同的 tag 值，才能確定info[]表示的成員結(jié)構(gòu)和所占的內(nèi)存大小。
8.5.2 常量池項(xiàng)的類型（tag）
上圖所示的表中給出了
cp_info常量池項(xiàng)的不同tag類型，以及對(duì)應(yīng)的tag數(shù)值。
8.5.2.1 CONSTANT_Class_info 類型
8.5.2.2 CONSTANT_Fieldref_info 類型
8.5.2.3 CONSTANT_Methodref_info 類型
8.5.2.4 CONSTANT_InterfaceMethodref_info 類型
8.5.2.5 CONSTANT_String_info 類型
8.5.2.6 CONSTANT_Integer_info 類型
8.5.2.7 CONSTANT_Float_info 類型
8.5.2.8 CONSTANT_Long_info 類型
8.5.2.9 CONSTANT_Double_info 類型
8.5.2.10 CONSTANT_NameAndType_info 類型
8.5.2.11 CONSTANT_Utf8_info 類型
8.5.2.12 CONSTANT_MethodHandle_info 類型
8.5.2.13 CONSTANT_MethodType_info 類型
8.5.2.14 CONSTANT_InvokeDynamic_info 類型
8.5.3 如何確定 class 文件中常量池的結(jié)束位置
8.6 access_flags（訪問(wèn)權(quán)限標(biāo)志）
8.7 this_class、super_class、interfaces
8.8 字段（成員變量）
每個(gè)字段（field）都通過(guò) field_info 結(jié)構(gòu)定義。
8.8.1 字段在 class 文件中的格式
field_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中：
access_flags：表示字段的訪問(wèn)權(quán)限和基本屬性。可以是多個(gè)權(quán)限和屬性的標(biāo)志的組合（位或運(yùn)算）。
name_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，用于表示字段名。
descriptor_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，用于表示字段描述符。
attributes_count：表示當(dāng)前字段的附加屬性的數(shù)量。
attributes[]：表示附加屬性表，表中每個(gè)附加屬性的結(jié)構(gòu)必須是 attribute_info。
字段描述符
字段的描述符（descriptor）是一個(gè)用于 描述字段類型 的字符串。
字段描述符不僅可以描述成員變量的類型，還可以描述靜態(tài)變量和局部變量的類型。
即：字段描述符就是用來(lái)描述任意變量的類型的。
參考 《
Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 第4.3.2節(jié)（字段描述符）內(nèi)容。
// 字段描述符用于描述字段類型
FieldDescriptor:
FieldType
// 字段類型包括：基本類型、類類型、數(shù)組類型
FieldType:
BaseType
ObjectType
ArrayType
// 基本類型就是 byte/char/double/float/int/long/short/boolean 其中之一。
BaseType: one of
B C D F I J S Z
// 類類型就是 "L + 全路徑類名（路徑中的 "." 用 "/" 代替） + ;"
ObjectType:
L<ClassName>;
// 數(shù)組類型就是 "[ + 元素類型"
ArrayType:
[<ComponentType>
// 數(shù)組的元素類型就是 字段類型
ComponentType:
FieldType
字段描述符解釋表如下：
FieldType 中的字符 |
類型 | 含義 |
|---|---|---|
B |
byte |
字節(jié)型數(shù) |
C |
char |
字符型數(shù) |
D |
double |
雙精度浮點(diǎn)數(shù) |
F |
float |
單精度浮點(diǎn)數(shù) |
I |
int |
整型數(shù) |
J |
long |
長(zhǎng)整數(shù) |
L<ClassName> |
reference |
ClassName 類的實(shí)例 |
S |
short |
短整數(shù) |
Z |
boolean |
布爾值 true/false
|
[ |
reference |
一個(gè)一維數(shù)組 |
特別注意：基本類型中，
long的描述符為J，boolean的描述符為Z，其他基本類型的描述符即為大寫的首字母。
舉例：
int 變量的描述符是：I
Object 類型的實(shí)例變量的描述符是：Ljava/lang/Object;
三維數(shù)組 double d[][][] 類型的變量的描述符是：[[[D
8.8.2 字段的訪問(wèn)權(quán)限和基本屬性的標(biāo)志
字段的各個(gè)訪問(wèn)標(biāo)志是可以通過(guò)位或運(yùn)算進(jìn)行組合的。
如
private static修飾的字段就是ACC_PRIVATE和ACC_STATIC的組合，此時(shí)access_flags的值就是0x0002 | 0x0008 = 0x000A
8.8.3 字段在 class 文件中的解析舉例
8.9 方法（成員方法）
包括實(shí)例初始化方法以及類或接口初始化方法在內(nèi)的所有方法（method），都通過(guò) method_info 結(jié)構(gòu)來(lái)定義。
8.9.1 方法在 class 文件中的格式
method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中：
access_flags：表示方法的訪問(wèn)權(quán)限和基本屬性?？梢允嵌鄠€(gè)權(quán)限和屬性的標(biāo)志的組合（位或運(yùn)算）。
name_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，用于表示方法名。
descriptor_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，用于表示方法描述符。
attributes_count：表示當(dāng)前方法的附加屬性的數(shù)量。
attributes[]：表示附加屬性表，表中每個(gè)附加屬性的結(jié)構(gòu)必須是 attribute_info。
方法描述符
方法描述符（descriptor）是一個(gè)用于 描述參數(shù)類型和返回值類型 的字符串。
無(wú)論某方法是靜態(tài)方法還是實(shí)例方法，其方法描述符都是相同的。
也就是說(shuō)無(wú)法通過(guò)一個(gè)方法的方法描述符來(lái)判斷該方法是靜態(tài)的還是非靜態(tài)的。
盡管實(shí)例方法除了傳遞自身定義的參數(shù)外，還需要額外傳遞參數(shù)
this，但是這一點(diǎn)不是由方法描述符來(lái)表達(dá)的。參數(shù)
this的傳遞是由Java虛擬機(jī)中調(diào)用實(shí)例方法時(shí)所使用的字節(jié)碼指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
參考 《
Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 第4.3.3節(jié)（方法描述符）內(nèi)容。
// 方法描述符由參數(shù)描述符列表和返回值描述符組成
MethodDescriptor:
({ParameterDescriptor})ReturnDescriptor
// 參數(shù)描述符就是 字段類型
ParameterDescriptor:
FieldType
// 返回值描述符包括： 字段類型、void 描述符
ReturnDescriptor:
FieldType
VoidDescriptor
// void 描述符就是 V，表示方法不返回任何值（即方法的返回值類型是 void）
VoidDescriptor:
V
舉例：
Object foo(int i, double d, Thread t) {...} 方法的描述符是：(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;
void foo() {...} 方法的描述符是：()V
8.9.2 方法在 class 文件中的解析舉例
8.10 屬性（attribute）
屬性（attribute）在 class 文件中的 ClassFile 結(jié)構(gòu)、field_info 結(jié)構(gòu)、method_info 結(jié)構(gòu)和 Code_attribute 結(jié)構(gòu)中都有使用。
8.10.1 屬性在 class 文件中的通用格式
attribute_info {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
}
其中：
attribute_name_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，用于表示屬性名。
attribute_length：給出了 info[] 數(shù)組所占的字節(jié)大小。
info[]：不同屬性的 info[] 不同，參考各個(gè)屬性的具體格式。
8.10.2 JVM 規(guī)范中預(yù)定義的屬性（23 個(gè)）
8.10.3 Code 屬性
Code 屬性附加方法的附加屬性出現(xiàn)在 method_info 結(jié)構(gòu)中。
Code 屬性中包含方法（如成員方法、實(shí)例初始化方法、類或接口初始化方法）的 Java 虛擬機(jī)指令，及相關(guān)的輔助信息。
對(duì)于抽象方法（
abstract修飾的方法）、本地方法（native修飾的方法），方法對(duì)應(yīng)的method_info結(jié)構(gòu)中不能有Code屬性。除
native、abstract方法之外的其他方法的method_info中則必須有，且只能有一個(gè)Code屬性。
8.10.3.1 Code 屬性的格式
Code_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 max_stack;
u2 max_locals;
u4 code_length;
u1 code[code_length];
u2 exception_table_length;
{
u2 start_pc;
u2 end_pc;
u2 handler_pc;
u2 catch_type;
} exception_table[exception_table_length];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中：
attribute_name_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，固定為屬性名 `Code`。
attribute_length：表示從 max_stack 到 attribute_info_attributes[] 所占的字節(jié)大小。即當(dāng)前 Code 屬性在 class 文件中的剩余長(zhǎng)度。
max_stack：表示當(dāng)前方法在調(diào)用時(shí)，其棧幀中的操作數(shù)棧的最大深度。
max_locals：表示當(dāng)前方法在調(diào)用時(shí)，其棧幀中的局部變量表內(nèi)，有多少個(gè)局部變量（包括用于傳遞參數(shù)的局部變量）。
code_length：表示 code[] 數(shù)組所占的字節(jié)大小。（code_length 的值必須大于 0 ，即 code[] 數(shù)組不能為空）
code[]：用于保存實(shí)現(xiàn)當(dāng)前方法的 `Java` 虛擬機(jī)代碼。
exception_table_length：表示 exception_table[] 數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)。
exception_table[]：該數(shù)組中的一個(gè)元素代表 code[] 數(shù)組中的一個(gè)異常處理器。
exception_table[] 數(shù)組中的每個(gè)元素都包含如下結(jié)構(gòu)：
start_pc 和 end_pc：當(dāng)前元素代表的異常處理器在 code[] 中的有效范圍是 [start_pc, end_pc]。
start_pc 的值表示對(duì) code[] 中某一指令操作碼的有效索引；
end_pc 的值要么是對(duì) code[] 中某一指令操作碼的有效索引，要么等于 code_length；
start_pc 必須小于 end_pc。
當(dāng)程序計(jì)數(shù)器在范圍 [start_pc, end_pc] 內(nèi)時(shí)，當(dāng)前元素表示的異常處理器就將生效。
handler_pc：當(dāng)前元素代表的異常處理器的起點(diǎn)，handler_pc 的值表示對(duì) code[] 中某一指令操作碼的有效索引。
catch_type：若值不為 0，
則表示對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Class_info，
表示當(dāng)前元素代表的異常處理器需要捕捉的異常類型。
若值為 0，
則表示當(dāng)任意異常拋出時(shí)，都會(huì)調(diào)用當(dāng)前元素代表的異常處理器。
這可用于實(shí)現(xiàn) finally 語(yǔ)句。
attributes_count：表示 attributes[] 數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)。
attributes[]：表示與 Code 屬性相關(guān)聯(lián)的其他附加屬性的集合。
該數(shù)組（屬性表）中的每個(gè)元素都必須是 attribute_info 類型的。
與 Code 屬性相關(guān)聯(lián)的附加屬性（即 attributes[] 屬性表中的屬性類型）可以是：
LineNumberTableLocalVariableTableLocalVariableTypeTableStackMapTable-
RuntimeVisibleTypeAnnotations和RuntimeInvisisbleTypeAnnotations
8.10.3.2 LineNumberTable
該屬性用于確定 Java 源碼與 code[] 中的 `Java` 虛擬機(jī)代碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
LineNumberTable 屬性中保存了一個(gè) line_number_table[] 數(shù)組，該數(shù)組元素的結(jié)構(gòu)為：
{
u2 start_pc;
u2 line_number;
}
通過(guò)數(shù)組元素可以表明：
Java 源文件中行號(hào)為 line_number 處的源碼，會(huì)在 code[] 數(shù)組中索引 start_pc 處的指令中發(fā)生變化。
8.10.3.3 LocalVariableTable
在方法調(diào)用時(shí)，通過(guò)該屬性來(lái)確定某個(gè)局部變量的值。
LocalVariableTable 屬性中保存了一個(gè) local_variable_table[] 數(shù)組。一個(gè)數(shù)組元素表示一個(gè)局部變量。
該數(shù)組元素的結(jié)構(gòu)為：
{
u2 start_pc;
u2 length;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 index;
}
其中：
start_pc 和 length：start_pc 必須是對(duì) code[] 中某一指令操作碼的有效索引；
start_pc + length 要么是對(duì) code[] 中某一指令操作碼的有效索引，
要么是剛超過(guò) code[] 數(shù)組末尾的首個(gè)索引值。
當(dāng)程序執(zhí)行到 code[] 數(shù)組的 [start_pc, start_pc+length] 范圍內(nèi)時(shí)，
該局部變量是有效的（即該局部變量必定有值存在）。
name_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，
表示該局部變量名。
descriptor_index：是對(duì)常量池表的一個(gè)有效索引，該索引指向的常量池項(xiàng)的類型為 CONSTANT_Utf8_info，
表示該局部變量的字段描述符（即局部變量的類型）。
index：表示在方法調(diào)用時(shí)，該局部變量在棧幀的局部變量表中的索引。
如果棧幀的局部變量表中，index 索引處的局部變量是 long 或 double 類型，則占用 index 和 index+1 兩個(gè)位置。
8.10.3.4 LocalVariableTypeTable
當(dāng)局部變量的類型中包含泛型（如 T 或 List<T> 類型的局部變量），或泛型的具體類型（如 List<String> 類型的局部變量）時(shí)，
這種類型的局部變量不僅會(huì)出現(xiàn)在 LocalVariableTable 屬性中，還會(huì)出現(xiàn)在 LocalVariableTypeTable 屬性中。
LocalVariableTypeTable 屬性中保存了一個(gè) local_variable_type_table[] 數(shù)組。一個(gè)數(shù)組元素表示一個(gè)局部變量。
該數(shù)組元素的結(jié)構(gòu)為：
{
u2 start_pc;
u2 length;
u2 name_index;
u2 signature_index;
u2 index;
}
與 LocalVariableTable 屬性中的 local_variable_table[] 數(shù)組元素的唯一區(qū)別在于：
local_variable_table[] 數(shù)組元素中使用 descriptor_index 指定的字段描述符來(lái)表示局部變量的類型；
local_variable_type_table[] 數(shù)組元素中使用 signature_index 指定的字段簽名來(lái)表示局部變量的類型；
注意：字段描述符 和 字段簽名 是存在區(qū)別的。
字段簽名參考 《
Java虛擬機(jī)規(guī)范Java SE 8版》 中第4.7.9節(jié)內(nèi)容（Signature屬性）
8.10.3.5 StackMapTable
該屬性用在虛擬機(jī)的類型檢查驗(yàn)證階段。
一個(gè)方法只能有 0 個(gè)或 1 個(gè) StackMapTable 屬性。
StackMapTable 屬性中保存了一個(gè) stack_map_frame[] 數(shù)組，其中 stack_map_frame 表示棧映射幀。
棧映射幀 stack_map_frame 指定了 code[] 中某一指令對(duì)應(yīng)的局部變量和操作數(shù)棧的類型。
通過(guò) StackMapTable 屬性中保存的棧映射幀集合（stack_map_frame[]），可以提高 JVM 在類型檢查的驗(yàn)證階段的效率。
8.10.3.6 RuntimeVisibleTypeAnnotations 和 RuntimeInvisisbleTypeAnnotations
RuntimeVisibleTypeAnnotations 屬性中保存了運(yùn)行時(shí)可見(jiàn)的注解集合
RuntimeVisibleTypeAnnotations 屬性中保存了運(yùn)行時(shí)不可見(jiàn)的注解集合
8.10.3.7 棧幀
8.10.3.8 局部變量表（local variable 又稱本地變量表）
8.10.3.9 Code 屬性在 class 文件中的解析舉例（Slot 可復(fù)用）
參考 《字節(jié)碼執(zhí)行引擎》 中的 局部變量表
注意：方法調(diào)用時(shí)，棧幀中的局部變量表中的局部變量所占的內(nèi)存空間是可以復(fù)用的。
也就是說(shuō)，LocalVariableTable 屬性中保存的局部變量在局部變量表中的索引 index 可能跟其他局部變量的索引相同。如下圖所示：
上圖中，
locals=2，即局部變量在局部變量表中總共占 2 slot 單位的內(nèi)存空間。
根據(jù) LocalVariableTable 屬性中的內(nèi)容可知，局部變量表中保存了 3 個(gè)局部變量，
其中兩個(gè)局部變量的索引是相同的（即局部變量 test 和 e 的索引相同，都為 1），
也就是說(shuō)，局部變量 test 和 e 共用了 1 slot 單位的內(nèi)存空間。
9. ASM 開(kāi)發(fā)
ASM 是一個(gè) Java 字節(jié)碼操控框架。通過(guò) ASM 可以動(dòng)態(tài)生成類或者增強(qiáng)既有類的功能。
ASM 可以直接生成 class 文件，也可以在 class 文件被加載到 Java 虛擬機(jī)之前，修改 class 文件中的內(nèi)容，從而 動(dòng)態(tài)改變類行為。
class文件中保存的二進(jìn)制數(shù)據(jù)足夠用來(lái)解析所有與Java類相關(guān)的信息：類名稱、繼承關(guān)系、成員變量、成員方法、以及方法體中的Java代碼。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，ASM 可以讀取并解析 class 文件的內(nèi)容，并提供接口對(duì) class 文件的內(nèi)容進(jìn)行訪問(wèn)和修改。
目前許多框架如 CGLib、Hibernate、Spring 都直接或間接地使用 ASM 操作字節(jié)碼。
使用
ASM需要導(dǎo)入依賴包：asm-7.3.1.jar和asm-util-7.3.1.jar。
9.1 編程模型和核心 API
ASM 提供了兩種編程模型：
-
Core API：提供了基于事件形式的編程模型。 該模型不需要一次性地將整個(gè)類的結(jié)構(gòu)讀取到內(nèi)存中。 因此這種方式更快，需要的內(nèi)存更少。 但這種編程方式難度較大。 -
Tree API：提供了基于樹(shù)形的編程模型。 該模型需要一次性地將整個(gè)類的結(jié)構(gòu)讀取到內(nèi)存中。 因此這種方式需要的內(nèi)存更多。 但這種編程方式較為簡(jiǎn)單。
9.2 ClassVisitor 開(kāi)發(fā)
ClassVisitor 是 Core API 編程模型中提供的接口，用于對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行操作。
ClassVisitor接口中的每個(gè)方法對(duì)應(yīng)了class文件中的每一項(xiàng)。
ASM 提供了三個(gè)基于 ClassVisitor 接口的實(shí)現(xiàn)類來(lái)完成 class 文件的生成和轉(zhuǎn)換。文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-817708.html
-
ClassReader：用于解析一個(gè)類的class文件。 -
ClassAdapter：實(shí)現(xiàn)會(huì)變化的功能。 -
ClassWriter：用來(lái)輸出變化后的字節(jié)碼。
ASM給我們提供了ASMifier工具來(lái)幫助開(kāi)發(fā)，可使用ASMifier工具生成ASM結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)比。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-817708.html
9.3 MethodVisitor 開(kāi)發(fā)
9.4 實(shí)現(xiàn)模擬 AOP 功能
到了這里，關(guān)于一、認(rèn)識(shí) JVM 規(guī)范（JVM 概述、字節(jié)碼指令集、Class文件解析、ASM）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
