JVM的基礎學習到紮實--class文件詳解
Java工作幾年之後，特別是從基礎到工作一年以上，還有的是培訓班出來的，自學的，寫了大量的代碼，但是，這些代碼是怎麼工作的，怎麼執行的，怎麼變成我們需要的結果？對於沒有接觸過JVM的同學來說是一個問題。也有的不知道JVM是幹什麼用的，怎麼來的。這是問題根本。
作爲Java開發者，我們都知道，自己在eclipse寫的代碼，執行後就看到結果，但是執行過程中是怎麼樣的，需要我們去搞懂。
1.JVM幹什麼用的？
JVM就是虛擬機，專門是用來解析寫Java的字節碼，最後變成我們自己想要的結果。如下圖所示：
2.jdk,jre,jvm三者之間的關係
JDK有兩種，分別爲OracleJDK和OpenJDK
查看JDK的版本：
進去終端裏面輸入命令查看：java -version;
java -version;
顯示結果：
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
192:~ mac1094$
以上就是OracleJDK。
如果是OpenJDK，顯示信息：
openjdk version "1.8.0_144"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_144-b01)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.144-b01， mixed mode)
JVM的運行模式有兩種：Server模式和Client模式
兩種模式的區別在於:
Client模式啓動速度較快，Server模式啓動較慢;
但是啓動進入穩定期長期運行之後Server模式的程序運行速度比Client要快很多。
因爲Server模式啓動的JVM採用的是重量級的虛擬機，對程序採用了更多的優化;而Client模式啓 動的JVM採用的是輕量級的虛擬機。所以Server啓動慢，但穩定後速度比Client遠遠要快。
3.JVM的架構圖（很重要）
根據架構圖中可以看出，JVM架構由三大板塊構成，首先要記住三大板塊的邏輯結構關係，然後再記住三大板塊裏的功能，切記死記硬背，理解的基礎上記憶，每天畫一下架構圖，堅持一週就可以記得牢固。
JVM的執行流程：
4.class文件是怎麼加載的？（重在理解）
我們隨便寫一個Java源代碼，打開他的Class文件（使用Hex Editor等其他工具打開），如下圖所示：
class文件的結構很複雜，需要理解：如下圖：
魔數：class文件最初的4個字節都是以"0xCAFEBABE"來的，判斷的唯一標準。
版本號：分爲主版本號和副版本號，各佔2字節。
minor_version( JDK次版本號)，
major_version( JDK主版本號)
可以查看JVM編譯的代碼，使用命令工具：javap -v class文件名
192:myapp mac1094$ javap -v Math.class
顯示結果：
Classfile /Users/mac1094/Desktop/myapp/Math.class
Last modified May 17, 2019; size 401 bytes
MD5 checksum 1b66de1534877806cd9a6747dbfc330a
Compiled from "Math.java"
public class Math
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #5.#14 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #15.#16 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#3 = Methodref #17.#18 // java/io/PrintStream.println:(I)V
#4 = Class #19 // Math
#5 = Class #20 // java/lang/Object
#6 = Utf8 <init>
#7 = Utf8 ()V
#8 = Utf8 Code
#9 = Utf8 LineNumberTable
#10 = Utf8 main
#11 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#12 = Utf8 SourceFile
#13 = Utf8 Math.java
#14 = NameAndType #6:#7 // "<init>":()V
#15 = Class #21 // java/lang/System
#16 = NameAndType #22:#23 // out:Ljava/io/PrintStream;
#17 = Class #24 // java/io/PrintStream
#18 = NameAndType #25:#26 // println:(I)V
#19 = Utf8 Math
#20 = Utf8 java/lang/Object
#21 = Utf8 java/lang/System
#22 = Utf8 out
#23 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#24 = Utf8 java/io/PrintStream
#25 = Utf8 println
#26 = Utf8 (I)V
{
public Math();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 1: 0
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=1
0: iconst_1
1: istore_1
2: iconst_2
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: iadd
7: bipush 10
9: imul
10: istore_3
11: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
14: iload_3
15: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
18: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4: 2
line 5: 4
line 6: 11
line 7: 18
}
SourceFile: "Math.java"
常量池計數器：
常量池是class文件中非常重要的結構，它描述着整個class文件的字面量信息。常量池是由一組 constant_pool結構體數組組成的，而數組的大小則由常量池計數器指定。常量池計數器 constant_pool_count 的值 =constant_pool表中的成員數+ 1。constant_pool表的索引值只有在大於 0 且小於constant_pool_count時纔會被認爲是有效的。
常量池數據區：
字面量和符號引用
訪問標誌：
訪問標誌，access_flags 是一種掩碼標誌，用於表示某個類或者接口的訪問權限及基礎屬性。
類索引：
類索引，this_class的值必須是對constant_pool表中項目的一個有效索引值。constant_pool表 在這個索引處的項必須爲CONSTANT_Class_info 類型常量，表示這個 Class 文件所定義的類或接 口。
父類索引：
父類索引，對於類來說，super_class 的值必須爲 0 或者是對constant_pool 表中項目的一個有 效索引值。
如果它的值不爲 0，那 constant_pool 表在這個索引處的項必須爲CONSTANT_Class_info 類型常 量，表示這個 Class 文件所定義的類的直接父類。當前類的直接父類，以及它所有間接父類的 access_flag 中都不能帶有ACC_FINAL 標記。對於接口來說，它的Class文件的super_class項的 值必須是對constant_pool表中項目的一個有效索引值。constant_pool表在這個索引處的項必須爲 代表 java.lang.Object 的 CONSTANT_Class_info 類型常量 。
如果 Class 文件的 super_class的值爲 0，那這個Class文件只可能是定義的是 java.lang.Object類，只有它是唯一沒有父類的類。
接口計數器：
接口計數器，interfaces_count的值表示當前類或接口的【直接父接口數量】。
接口信息數據區：
接口表，interfaces[]數組中的每個成員的值必須是一個對constant_pool表中項目的一個有效索引 值， 它的長度爲 interfaces_count。每個成員interfaces[i] 必須爲 CONSTANT_Class_info類型常量，其中 【0 ≤ i <interfaces_count】。在interfaces[]數組 中，成員所表示的接口順序和對應的源代碼中給定的接口順序(從左至右)一樣，即interfaces[0]對 應的是源代碼中最左邊的接口。
字段計數器：
字段計數器，fields_count的值表示當前 Class 文件 fields[]數組的成員個數。 fields[]數組 中每一項都是一個field_info結構的數據項，它用於表示該類或接口聲明的【類字段】或者【實例字 段】。
字段信息數據區：
字段表，fields[]數組中的每個成員都必須是一個fields_info結構的數據項，用於表示當前類或接 口中某個字段的完整描述。 fields[]數組描述當前類或接口聲明的所有字段，但不包括從父類或父接 口繼承的部分。
方法計數器：
方法計數器， methods_count的值表示當前Class 文件 methods[]數組的成員個數。Methods[] 數組中每一項都是一個 method_info 結構的數據項。
方法信息數據區：
方法表，methods[] 數組中的每個成員都必須是一個 method_info 結構的數據項，用於表示當前類 或接口中某個方法的完整描述。
如果某個method_info 結構的access_flags 項既沒有設置 ACC_NATIVE 標誌也沒有設置 ACC_ABSTRACT 標誌，那麼它所對應的方法體就應當可以被 Java 虛擬機直接從當前類加載，而不需 要引用其它類。
method_info結構可以表示類和接口中定義的所有方法，包括【實例方法】、【類方法】、【實例初始 化方法】和【類或接口初始化方法】。
methods[]數組只描述【當前類或接口中聲明的方法】，【不包括從父類或父接口繼承的方法】。
屬性計數器：
屬性計數器，attributes_count的值表示當前 Class 文件attributes表的成員個數。 attributes表中每一項都是一個attribute_info 結構的數據項。
屬性信息數據區：
屬性表，attributes 表的每個項的值必須是attribute_info結構。
在Java 7 規範裏，Class文件結構中的attributes表的項包括下列定義的屬性: InnerClasses
、 EnclosingMethod 、 Synthetic 、Signature、SourceFile，SourceDebugExtension 、Deprecated、RuntimeVisibleAnnotations 、RuntimeInvisibleAnnotations以及 BootstrapMethods屬性。
對於支持 Class 文件格式版本號爲 49.0 或更高的 Java 虛擬機實現，必須正確識別並讀取 attributes表中的Signature、RuntimeVisibleAnnotations和RuntimeInvisibleAnnotations屬性。對於支持Class文件格式版本號爲 51.0 或更高的 Java 虛擬機實現，必須正確識別並讀取 attributes表中的BootstrapMethods屬性。Java 7 規範 要求 任一 Java 虛擬機實現可以自動忽略 Class 文件的 attributes表中的若干 (甚至全部) 它不可 識別的屬性項。任何本規範未定義的屬性不能影響Class文件的語義，只能提供附加的描述信息 。
5.以上就是JVM的基礎的class文件的來源，很重要，需要記住。爲後面的特徵打好基礎。後續會有類加載機制和運行數據區，垃圾回收機制，如有錯誤，可以留言更正！謝謝！