JVM_3_类文件结构

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#java #jvm

本文详细解析了Java类文件的结构，包括魔数、版本、常量池、访问标识、继承信息、Field和Method信息，以及附加属性。通过一个HelloWorld类的实例，展示了类文件中各项内容的表示方式，如方法名、参数描述和源文件信息等。

类文件结构

概述

  1. 类文件结构
  2. 字节码指令
  3. 编译期处理
  4. 类加载阶段
  5. 类加载器
  6. 运行期优化

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类文件结构

一个简单的HelloWorld.java

package cn.chasing.jvm.t3
// HelloWorld示例
public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("hello world");
  }
}

执行

javac -parameters -d . HelloWorld.java

编译为HelloWorld.class后是这个样子，以八进制表示

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根据JVM规范，类文件结构如下

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魔数

0~3字节，表示它是否是【class】类型文件

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版本

4~7字节，表示类的版本00 32 (52) 表示是java8

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常量池

Constant TypeValue
CONSTANT_Class7
CONSTANT_Fieldref9
CONSTANT_Methodref10
CONSTANT_InterfaceMethodref11
CONSTANT_String8
CONSTANT_Integer3
CONSTANT_Float4
CONSTANT_Long5
CONSTANT_Double6
CONSTANT_NameAndType12
CONSTANT_Utf81
CONSTANT_MethodHandle15
CONSTANT_MethodType16
CONSTANT_InvokeDynamic18

8~9 字节，表示常量池长度，00 23 （35） 表示常量池有 #1~#34项，注意 #0 项不计入，也没有值

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第#1项 0a 表示一个 Method 信息，00 06 和 00 15（21） 表示它引用了常量池中 #6 和 #21 项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】

image-20210916173148592

第#2项 09 表示一个 Field 信息，00 16（22）和 00 17（23） 表示它引用了常量池中 #22 和 # 23 项来获得这个成员变量的【所属类】和【成员变量名】

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第#3项 08 表示一个字符串常量名称，00 18（24）表示它引用了常量池中 #24 项

image-20210916173250860

第#4项 0a 表示一个 Method 信息，00 19（25） 和 00 1a（26） 表示它引用了常量池中 #25 和 #26项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】

image-20210916173325154

第#5项 07 表示一个 Class 信息，00 1b（27） 表示它引用了常量池中 #27 项

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第#6项 07 表示一个 Class 信息，00 1c（28） 表示它引用了常量池中 #28 项

image-20210916173407099

第#7项 01 表示一个 utf8 串，00 06 表示长度，3c 69 6e 69 74 3e 是【 】，构造方法

image-20210916173432845

第#8项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，28 29 56 是【()V】其实就是表示无参、无返回值

image-20210916173456434

第#9项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，43 6f 64 65 是【Code】

image-20210916173517588

第#10项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65是【LineNumberTable】

image-20210916173538432

第#11项 01 表示一个 utf8 串，00 12（18） 表示长度，4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65是【LocalVariableTable】

image-20210916173603360

第#12项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【this】

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第#13项 01 表示一个 utf8 串，00 1d（29） 表示长度，是【Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld;】

image-20210916173711333

第#14项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【main】

image-20210916173734208

第#15项 01 表示一个 utf8 串，00 16（22） 表示长度，是【([Ljava/lang/String;)V】其实就是参数为字符串数组，无返回值

image-20210916173807065

第#16项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，是【args】

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第#17项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【[Ljava/lang/String;】

image-20210916173859368

第#18项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【MethodParameters】

image-20210916173938450

第#19项 01 表示一个 utf8 串，00 0a（10） 表示长度，是【SourceFile】

image-20210916173956339

第#20项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【HelloWorld.java】

image-20210916174015532

第#21项 0c 表示一个 【名+类型】，00 07 00 08 引用了常量池中 #7 #8 两项

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第#22项 07 表示一个 Class 信息，00 1d（29） 引用了常量池中 #29 项

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第#23项 0c 表示一个 【名+类型】，00 1e（30） 00 1f （31）引用了常量池中 #30 #31 两项

image-20210916174115838

第#24项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【hello world】

image-20210916174137320

第#25项 07 表示一个 Class 信息，00 20（32） 引用了常量池中 #32 项

image-20210916174155804

第#26项 0c 表示一个 【名+类型】，00 21（33） 00 22（34）引用了常量池中 #33 #34 两项

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第#27项 01 表示一个 utf8 串，00 1b（27） 表示长度，是【cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld】

image-20210916174230106

第#28项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/Object】

image-20210916174251996

第#29项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/System】

image-20210916174308792

第#30项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，是【out】

image-20210916174325894

第#31项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【Ljava/io/PrintStream;】

image-20210916174344994

第#32项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【java/io/PrintStream】

image-20210916174402268

第#33项 01 表示一个 utf8 串，00 07 表示长度，是【println】

image-20210916174422858

第#34项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【(Ljava/lang/String;)V】

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访问标识与继承信息

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Field 信息

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Method 信息

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一个方法由 访问修饰符，名称，参数描述，方法属性数量，方法属性组成

  • 红色代表访问修饰符（本类中是 public）

  • 蓝色代表引用了常量池 #07 项作为方法名称

  • 绿色代表引用了常量池 #08 项作为方法参数描述

  • 黄色代表方法属性数量，本方法是 1

  • 红色代表方法属性

    • 00 09 表示引用了常量池 #09 项，发现是【Code】属性

    • 00 00 00 2f 表示此属性的长度是 47

    • 00 01 表示【操作数栈】最大深度

    • 00 01 表示【局部变量表】最大槽（slot）数

    • 2a b7 00 01 b1 是字节码指令

    • 00 00 00 02 表示方法细节属性数量，本例是 2

    • 00 0a 表示引用了常量池 #10 项，发现是【LineNumberTable】属性

      • 00 00 00 06 表示此属性的总长度，本例是 6
      • 00 01 表示【LineNumberTable】长度
      • 00 00 表示【字节码】行号 00 04 表示【java 源码】行号

    • 00 0b 表示引用了常量池 #11 项，发现是【LocalVariableTable】属性

      • 00 00 00 0c 表示此属性的总长度，本例是 12
      • 00 01 表示【LocalVariableTable】长度
      • 00 00 表示局部变量生命周期开始，相对于字节码的偏移量
      • 00 05 表示局部变量覆盖的范围长度
      • 00 0c 表示局部变量名称，本例引用了常量池 #12 项，是【this】
      • 00 0d 表示局部变量的类型，本例引用了常量池 #13 项，是【Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld;】
      • 00 00 表示局部变量占有的槽位（slot）编号，本例是 0

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  • 红色代表访问修饰符（本类中是 public static）

  • 蓝色代表引用了常量池 #14 项作为方法名称

  • 绿色代表引用了常量池 #15 项作为方法参数描述

  • 黄色代表方法属性数量，本方法是 2

  • 红色代表方法属性（属性1）

    • 00 09 表示引用了常量池 #09 项，发现是【Code】属性
    • 00 00 00 37 表示此属性的长度是 55
    • 00 02 表示【操作数栈】最大深度
    • 00 01 表示【局部变量表】最大槽（slot）数
    • 00 00 00 09 表示字节码长度，本例是 9
    • b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 是字节码指令
    • 00 00 00 02 表示方法细节属性数量，本例是 2
    • 00 0a 表示引用了常量池 #10 项，发现是【LineNumberTable】属性
      • 00 00 00 0a 表示此属性的总长度，本例是 10
      • 00 02 表示【LineNumberTable】长度
      • 00 00 表示【字节码】行号 00 06 表示【java 源码】行号
      • 00 08 表示【字节码】行号 00 07 表示【java 源码】行号
    • 00 0b 表示引用了常量池 #11 项，发现是【LocalVariableTable】属性
      • 00 00 00 0c 表示此属性的总长度，本例是 12
      • 00 01 表示【LocalVariableTable】长度
      • 00 10 表示局部变量名称，本例引用了常量池 #16 项，是【args】
      • 00 11 表示局部变量的类型，本例引用了常量池 #17 项，是【[Ljava/lang/String;】
      • 00 00 表示局部变量占有的槽位（slot）编号，本例是 0

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红色代表方法属性（属性2）

  • 00 12 表示引用了常量池 #18 项，发现是【MethodParameters】属性
    • 00 00 00 05 表示此属性的总长度，本例是 5
    • 01 参数数量
    • 00 10 表示引用了常量池 #16 项，是【args】
    • 00 00 访问修饰符

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附加属性

  • 00 01 表示附加属性数量
  • 00 13 表示引用了常量池 #19 项，即【SourceFile】
  • 00 00 00 02 表示此属性的长度
  • 00 14 表示引用了常量池 #20 项，即【HelloWorld.java】

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参考文献

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html

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05-29
<think>好的，我现在需要帮助用户在Kubernetes中监控Cassandra的JVM堆内存和最大堆内存指标，也就是cass_jvm_heap和cass_jvm_heap_max。用户之前的问题是关于查看和修改K8s的内存配置，现在转向监控Cassandra的JVM相关指标。我需要结合之前的引用内容来构建解决方案。首先，我得回顾用户提供的引用内容。引用[1]提到Cassandra的堆外内存管理，引用[2]关于Prometheus和Grafana的配置，引用[3]详细解释了JVM的内存结构，引用[4]涉及JVM堆内存的大小限制。这些引用可能对解决问题有帮助。用户的目标是监控Cassandra的JVM堆内存，所以需要确保Cassandra的JVM暴露这些指标。通常，Java应用可以通过JMX或Prometheus的JMX Exporter来暴露JVM指标。用户之前的问题中也提到了Prometheus的配置，所以可能需要使用这些工具。接下来，步骤可能包括： 1. **在Cassandra Pod中启用JMXExporter**：将JMX Exporter作为sidecar容器添加到Cassandra的Pod中，或者配置Cassandra的JVM参数以通过JMX暴露指标。这需要修改Cassandra的部署配置，添加JMX相关的参数，比如端口和认证信息。2.**配置Prometheus抓取指标**：确保Prometheus能够发现Cassandra的Pod，并正确配置ServiceMonitor或PodMonitor来抓取JMX Exporter暴露的指标。引用[2]中提到Prometheus的配置和重启，这可能相关。 3. **验证指标是否可用**：在Prometheus中查询cass_jvm_heap和cass_jvm_heap_max是否存在，并确保数据正确。引用[2]中的步骤可以用于验证目标是否UP，并查看图表数据。4.**Grafana展示**：创建仪表盘展示这些指标，可能需要根据JVM的内存模型（引用[3]）来设计图表，比如堆内存的使用量和最大值的关系。 需要注意的细节：- Cassandra的JVM参数可能需要调整，以允许远程JMX连接，或者使用JMXExporter的agent模式。例如，启动时添加-javaagent参数指向JMX Exporter的jar包，并指定配置文件。- Kubernetes的服务发现需要正确设置，特别是如果Cassandra部署在StatefulSet中，可能需要特定的标签或注解让Prometheus识别。-安全方面，JMX通常需要认证，可能需要配置Secrets来存储用户名和密码，或者在JMX Exporter的配置中禁用安全措施（不推荐生产环境）。- JVM堆内存的指标名称可能因JMX Exporter的配置而不同，需要确认实际的指标名称是否为cass_jvm_heap和cass_jvm_heap_max，或者是否有不同的命名规则。可能的挑战： -用户是否已经部署了Prometheus和Grafana？如果没有，可能需要先部署这些监控组件。- Cassandra的版本是否支持所需的JMX配置？引用[1]提到特定版本的Cassandra的memtable配置，这可能影响JMX的可用性。-是否需要考虑Cassandra集群的多个节点，每个节点的JVM指标都需要监控？ 结合这些思考，解决方案的步骤可能包括配置JMX Exporter、更新Prometheus配置、验证指标，最后在Grafana中展示。同时，需要引用之前的引用内容，例如引用[3]中的JVM内存模型来指导监控哪些指标，引用[2]的Prometheus配置步骤。</think>### 在 Kubernetes 中监控 Cassandra JVM 堆内存和最大堆内存的步骤 #### 1. **为 Cassandra 暴露 JVM 指标** Cassandra 的 JVM 指标可通过 JMX 或 Prometheus JMX Exporter 暴露。以下是两种方法： - **方法一：使用 JMX Exporter（推荐）** 1. **添加 JMX Exporter 作为 Sidecar 容器** 修改 Cassandra 的 Pod 配置，添加 JMX Exporter 容器： ```yaml containers: - name: cassandra image: cassandra:latest # 原 Cassandra 配置保持不变 - name: jmx-exporter image: bitnami/jmx-exporter:latest ports: - containerPort: 9404 command: - java - -jar - jmx_prometheus_httpserver.jar - "9404" - /config/config.yaml volumeMounts: - name: jmx-config mountPath: /config volumes: - name: jmx-config configMap: name: jmx-exporter-config ``` 2. **创建 JMX Exporter 配置文件** 生成 `jmx-exporter-config.yaml`，定义要采集的 JVM 指标（如堆内存）： ```yaml lowercaseOutputName: true rules: - pattern: "java.lang:type=MemoryPool,name=.*" name: cass_jvm_heap_$1 labels: pool: "$1" - pattern: "java.lang:type=Memory" name: cass_jvm_heap_max labels: type: "heap" ``` 通过 ConfigMap 挂载到容器： ```bash kubectl create configmap jmx-exporter-config --from-file=config.yaml=jmx-exporter-config.yaml ``` - **方法二：直接启用 JMX 端口** 在 Cassandra 的 JVM 参数中启用 JMX 远程访问： ```yaml env: - name: JVM_EXTRA_OPTS value: "-Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=7199 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false" ``` --- #### 2. **配置 Prometheus 抓取指标** 确保 Prometheus 能发现 Cassandra Pod 的指标端点： - **通过 ServiceMonitor 配置**（需安装 Prometheus Operator） ```yaml apiVersion: monitoring.coreos.com/v1 kind: ServiceMonitor metadata: name: cassandra-monitor namespace: monitoring spec: endpoints: - port: jmx-metrics # 对应 JMX Exporter 的端口名称 interval: 15s selector: matchLabels: app: cassandra # 匹配 Cassandra Pod 的标签 ``` - **通过静态配置**（传统 Prometheus 配置） 在 `prometheus.yml` 中添加： ```yaml scrape_configs: - job_name: &#39;cassandra-jvm&#39; static_configs: - targets: [&#39;cassandra-service:9404&#39;] # JMX Exporter 的服务地址 ``` 重启 Prometheus 容器使配置生效[^2]。 --- #### 3. **验证指标采集** 1. **检查 Prometheus 目标状态** 访问 `http://<prometheus-ip>:9090/targets`，确认对应 Target 状态为 **UP**[^2]。 2. **查询指标** 在 Prometheus 中执行以下查询： ```promql cass_jvm_heap_used{pool="PS Eden Space"} # Eden 区内存使用量 cass_jvm_heap_max{type="heap"} # 最大堆内存 ``` --- #### 4. **在 Grafana 中可视化** 1. **导入 JVM 监控仪表盘** 使用官方或自定义的 JVM 仪表盘模板（如 ID 8563），配置数据源为 Prometheus。 2. **自定义图表** 添加面板展示 `cass_jvm_heap_used` 和 `cass_jvm_heap_max`： ```promql sum(cass_jvm_heap_used) by (pod) # 当前堆内存使用量 sum(cass_jvm_heap_max) by (pod) # 最大堆内存配置 ``` 结合 JVM 内存模型（堆、Eden、Survivor 区）设计图表[^3]。 --- ### 关键公式与单位 - **堆内存使用率计算公式**： $$ \text{Heap Usage Rate} = \frac{\text{cass\_jvm\_heap\_used}}{\text{cass\_jvm\_heap\_max}} \times 100\% $$ - **单位转换**： $$ 1 \text{GB} = 1073741824 \text{ bytes} $$ --- ### 相关问题 1. 如何通过 Kubernetes Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 基于 JVM 堆内存自动扩展 Cassandra Pod？ 2. Cassandra JVM 堆内存溢出（OOM）的常见原因及排查方法？ 3. 如何优化 Prometheus 对高频 JVM 指标的采集性能？ 4. 在 Kubernetes 中如何动态调整 JVM 堆内存参数（如 `-Xmx`）？ --- 通过上述步骤，可实现对 Cassandra JVM 堆内存的实时监控。若指标未显示，需检查 JMX Exporter 配置、网络策略及 Prometheus 服务发现机制[^2][^3]。
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