JVM深入理解（三）-加载与字节码执行

加载与字节码执行

1. 　　加载过程
2. 　　加载器
3. 　　字节码执行

1、加载过程

　　类的整个生命过程：加载、连接(验证、准备、解析)、初始化、使用和卸载五个阶段

 　　

• 加载阶段。虚拟机主要完成以下工作
  1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
  2. 将这个字节流所代表的的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口（对于HotSpot虚拟机而言，Class 对象比较特殊，虽是对象，但是存放在方法区）
• 验证阶段。包括 文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
• 准备阶段。是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段。
  首先是这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次，这里所说的初始值“通常情况下”是数据类型的零值。

　　public static int value = 123; // 在准备阶段初始化为 0 
　　public static final int value = 123; // 在准备阶段初始化为 123

• 解析阶段。指检查指定的类是否引用了其他的类、接口，包括类或接口、字段、类方法、接口方法的解析。 是虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。

　　

2、加载器

　　

　　只有两个类由同一个类加载器加载才有意义。否则，即使两个类来源于同一个Class文件，只要加载他们的类加载器不同，这两个类还是不同的。这里所说的“相等”，包括代表类的Class对象的equal()方法、isAssignableFrom（）方法、isInstance（）方法的返回结果，同时也包括了使用instanceos关键字作对象所属关系判定等情况。

　　在java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)，这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由java实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承在抽象类java.lang.ClassLoader。

　　而从java开发人员的角度来讲，类加载器还可以分为三类：

• 启动类加载器。这个类加载器负责将 <JAVA_HOME>lib 目录下的，或 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机中。启动类加载器无法被java程序直接引用。
• 扩展类加载器。这个加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>libext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器：这个加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于这个类加载器是ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以一般也称他为系统类加载器。它负责加载用户路径上所指定的类库，开覆辙可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有定义过自己的类加载器，一般情况下就是这个默认的类加载器。

　　

　　这就是双亲委派模型：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才尝试自己去加载。

 

3、字节码执行

　　栈帧结构
栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。

　　

　　

• 当一个方法开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令向操作数栈中写入和提取内容，也就是入栈和出栈的操作。每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态链接。

  在 Class 文件里面，描述一个方法调用了其他方法，或者访问其成员变量是通过符号引用（Symbolic Reference）来表示的，动态链接的作用就是将这些符号引用所表示的方法转换为实际方法的直接引用。类加载的过程中将要解析掉尚未被解析的符号引用，并且将变量访问转化为访问这些变量的存储结构所在的运行时内存位置的正确偏移量。

  由于动态链接的存在，通过晚期绑定（Late Binding）使用的其他类的方法和变量在发生变化时，将不会对调用它们的方法构成影响。

• 方法调用
  方法调用不等同与方法执行，方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本(调用哪一个方法)

  我们会需要解析，分派，还要考虑到动态类型语言的特点。解析调用一定是个静态的过程，在编译期间就完全确定，在类装载的解析阶段就会把涉及的符号引用全部转变为可确定的直接引用，不会延迟到运行期再去完成。而分派调用则可能是静态的也可能是动态的，根据分派依据的宗量数可分为单分派和多分派。
  动态类型语言的关键特征是它的类型检查的主体过程是在运行期而不是编译期，如JavaScript、Python、Ruby、Lisp等

  动态分派我们以 invokevirtual 为例

  1. 找到操作数栈顶的第一个元素所指向的对象的实际类型，记作C
  2. 如果找到与常量中的描述符和简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找结束；不通过则返回java.lang.IllegalAccessError异常
  3. 否则，按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第二步的搜索验证
  4. 如果始终找不到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常

最后就是 基于栈的字节码解释执行

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