JVM学习三

1.类文件结构

通常一个java文件，编译之后会变成字节码文件。根据jvm规范，类文件的结构如下：

classFile{
    u4 magic; #魔数,表示其是否是类文件，0-3字节，ca fe ba be
    u2 minor_version; #版本,4-7字节，表示类的版本，其中34表示java8,52表示java9
    u2 major_version; #主版本,
    u2 constant_pool_count; #常量池,8-9字节，常量池长度
    #常量池信息    
    cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
    u2 access_flags;#访问标记，通常public、private、protect
    u2 this_class; #类信息
    u2 super_class; #父类信息
    u2 interfaces_count;#接口信息
    u2 interfaces[interfaces_count];
    u2 fields_count;#字段信息，成员变量信息
    field_info fileds[fields_count];
    u2 methodsCount;#方法信息
    method_info methods[methoos_count];
    u2 attributes_count;#属性信息
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

2.编译javap

通过javap工具，我么可以反编译class文件，从而看到java的字节码信息：

javap -v xxx.class

从字节码文件中，我们可以看到类的文件的相关信息，版本信息、字段、常量池信息、属性信息、方法信息，继承信息和标识信息等。

通常原始java代码，编译后变成字节码文件，常量信息，会放入常量池中，运行时放入到运行时常量池中。而运行常量池类似hash表，在里面可以看到里面的常量的信息。方法字节码载入方法区，main线程开始运行，分配栈帧内存。而栈帧的数据结构是栈，先进后出的特点。接着执行引擎完成字节码操作。

在编译过程期间，会自动生成和转换一些代码，方便运行。

3.类加载阶段

加载

将类的字节码载入方法区中，内部采用C++的instanceKlass描述java类，相关字段：

_java_mirror #java的类镜像，方便java使用
—super #父类
—fields #成员变量
—methods #方法
—constants #常量池
—class_loader #类加载器
—vtable #虚方法表
—itable #接口方法表

如果这个类还有父类没有加载，先加载父类。同时加载和链接可以交替运行的。

链接

链接的过程中，需要进行验证、准备、解析工作。
其中验证时验证类是否符合jvm规范，安全性检查。
准备是为static变量分配空间，设置默认值，
将常量池中的符号引用解析为直接引用。

初始化

() v 方法，初始化即调用() v，虚拟机会保证这个类的构造方法的线程安全。

发生的时机：类的初始化时惰性的。main方法所在的类总会被首先初始化，首次访问这个方法的静态变量或静态方法，子类初始化，如果父类还没有初始化，则会子类访问父类的静态变量，触发父类的初始化。class.forName,new会导致初始化等。

不会触发初始化的情况：

访问static final静态常量、访问类对象的.class、创建该类的数组等。

4.类加载器

Bootstrap ClassLoader：加载java_home的lib信息
Extension ClassLoader：加载java_home中的lib/ext中的信息
Application ClassLoader：加载应用的classpath的信息
自定义类加载器:自定义路径的信息

上面的四种类加载器存在上下级关系。同时从源码里面会看到其涉及双亲委派模式。

双亲委派模式：调用类加载器的loadClass方法时，查找类的规则。

查看此类是否已经加载，有上级的话，委派上级ExtClassLoader的loadClass，如果没有上级，则委派BootstrapClassLoader。如果每一层找不到，则找自定义类加载器加载。

什么时候我们会用到自定义类加载器：

1.想加载非classpath随意路径中的类文件
2.都是通过接口来使用实现，希望解耦时，常用在框架设计
3.这些类希望予以隔离，不同应用的同名类都可以加载，
  不冲突，常见于tomcat容器中

双亲委派模式保证了类的唯一性和安全性。也就是说如果包含相同类包下和相同类名的两个类，它是无法加载的。
在tomcat和OSGI中，是不在准守双亲委派机制的。我们知道Tomcat可以加载多个war包，同时可以启动运行的，此时加载的系统类加载器和扩展类加载器是一样的，同时实现了自己的类加载器，在tomcat的WEB-INF中，可以看到CommonClassLoader、CatalinaClassLoader、SharedClassLoader、WebappClassLoader,而CommonClassLoader是CatalinaClassLoader、SharedClassLoader的公共库，可以被它们俩调用，但是两者之间又是隔离的。同时SharedClassLoader可以被WebappClassLoader调用。而WebappClassLoader之间又是隔离的。而CommonClassLoader想要调用WebappClassLoader，则采用线程上下文类加载器可以实现，使用线程上下文类加载器，可以让父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动作。