JVM 中篇

后端编译器是 JVM 的一部分，前端编译器不是

Java 源代码的编译结果是字节码，那么肯定需要有一种编译器能够将 Java 源码编译为字节码，承担这个重要责任的就是配置在 path 环境变量中的

HotSpot VM 并没有强制要求前端编译器只能使用 javac 来编译字节码，其实只要编译结果符合 JVM 规范都可以被 JVM 所识别即可。在 Java 的前端编译器领域，除了 javac 之外，还有一种被大家经常用到的前端编译器，那就是内置在 Eclipse 中的 ECJ (EclipseCompiler for Java) 编译器。和 javac 的全量式编译不同， ECJ 是一种增量式编译器

前端编译器并不会直接涉及编译优化等方面的技术，而是将这些具体优化细节移交给 HotSpot 的 JIT 编译器负责。

1、成员变量遵循就近原则（看编译时类型），方法遵循动态绑定原则（看运行时类型）

2、属性赋值：
1.非静态属性 ① 属性的默认初始化 - ② 显式初始化/代码块初始化（二者并列关系） - ③构造器中初始化 - ④ 有了对象之后通过“对象.属性”或“对象.方法”对属性进行赋值
2.静态属性和非静态属性不同的是 ④通过“类.静态属性”或“类.静态方法”对静态属性进行赋值

这里用到的是 Notepad++，需要安装一个 HEX-Editor 插件，或者使用 Binary Viewerd

任何一个 Class 文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息，但反过来说， Class 文件实际上它并不一定以磁盘文件的形式存在。Class 文件是一组以 8 位字节为基础单位的二进制流（8 位字节的意思是一个字节（Byte）由 8 位二进制位组成）

采用一种类似于 C 语言结构体的方式进行数据存储，这种结构中只有两种数据类型：无符号数和表

充分理解了每一个字节码文件的细节，自己也可以反编译出 Java 源文件来

Class 文件的结构并不是一成不变的，随着 Java 虚拟机的不断发展，总是不可避免地会对 Class 文件结构做出一些调整，但是其基本结构和框架是非常稳定的（也就是说结构基本不会变动，有变动也不大，具体看官网介绍）

Error: A JNI error has occurred， please check your installation and try again Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value 1885430635 in class file StringTest

Java 的版本号是从 45 开始的，JDK1.1 之后的每个 JDK 大版本发布主版本号向上加 1

虚拟机 JDK 版本为 1.k（k>=2）时，对应的 class 文件格式版本号的范围为 45.0 - 44+k.0（含两端）

1、常量池计数器

2、常量池表

没有特定的标志用于表示类，因为类是最常见的一种类型，因此字节码中默认的访问标识就代表类

类的访问权限通常以 ACC_ 开头的常量

每一种类型的表示都是通过设置访问标记的 32 位中的特定位来实现的。比如，若是 public final 的类，则该标记为 ACC_PUBLIC | ACC_FINAL

使用 ACC_SUPER 可以让类更准确地定位到父类的方法 super.method()，现代编译器都会设置并且使用这个标记（即默认带有这个标志）

补充说明

eg 该位置的十六进制为0021 =  ACC_PUBLIC标志值 + ACC_SUPER 标志值

this_class（类索引）：2 字节无符号整数，指向常量池的索引。它提供了类的全限定名，如 com/atguigu/java1/Demo。this_class 的值必须是对常量池表中某项的一个有效索引值。常量池在这个索引处的成员必须为 CONSTANT_Class_info 类型结构体，该结构体表示这个 class 文件所定义的类或接口

super_class（父类索引）：2 字节无符号整数，指向常量池的索引。它提供了当前类的父类的全限定名。如果我们没有继承任何类，其默认继承的是 java/lang/object 类。同时，由于 Java 不支持多继承，所以其父类只有一个。注意 super_class 指向的父类不能是 final

interfaces：指向常量池索引集合，它提供了一个符号引用到所有已实现的接口。由于一个类可以实现多个接口，因此需要以数组形式保存多个接口的索引，表示接口的每个索引也是一个指向常量池的 CONSTANT_Class（当然这里就必须是接口，而不是类）

类索引用于确定这个类的全限定名

父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。由于 Java 语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了 java.1ang.Object 之外，所有的 Java 类都有父类，因此除了 java.lang.Objec t外，所有 Java 类的父类索引都不为 0

接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口将按 implements 语句（如果这个类本身是一个接口，则应当是 extends 语句）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中

字段表集合中不会列出从父类或者实现的接口中继承而来的字段，但有可能列出原本 Java 代码之中不存在的字段。譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段

在 Java 语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的

fields_count（字段计数器）

fields[] （字段表）

在字节码文件中，每一个 method_info 项都对应着一个类或者接口中的方法信息。比如方法的访问修饰符（public、private 或 protected），方法的返回值类型以及方法的参数信息等

如果这个方法不是抽象的或者不是 native 的，那么字节码中会体现出来

一方面，methods 表只描述当前类或接口中声明的方法，不包括从父类或父接口继承的方法。另一方面，methods 表有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是编译器产生的方法信息（比如：类（接口）初始化方法 <clinit>()和实例初始化方法 <init>()）

在 Java 语言中，要重载（Overload）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称之外，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名，特征签名就是一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合，也就是因为返回值不会包含在特征签名之中，因此 Java 语言里无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载。但在 Class 文件格式中，特征签名的范围更大一些，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存。也就是说，如果两个方法有相同的名称和特征签名，但返回值不同，那么也是可以合法共存于同一个 class 文件中

也就是说，尽管 Java 语法规范并不允许在一个类或者接口中声明多个方法签名相同的方法，但是和 Java 语法规范相反，字节码文件中却恰恰允许存放多个方法签名相同的方法，唯一的条件就是这些方法之间的返回值不能相同

methods_count（方法计数器）

methods[]（方法表）

attributes_count（属性计数器）

attributes[]（属性表）

例如

对于大部分与数据类型相关的字节码指令，它们的操作码助记符中都有特殊的字符来表明专门为哪种数据类型服务

没有明确地指明操作类型的字母

如 arraylength 指令，它没有代表数据类型的特殊字符，但操作数永远只能是一个数组类型的对象

还有另外一些指令，如无条件跳转指令 goto 则是与数据类型无关的

大部分的指令都没有支持整数类型 byte、char 和 short，甚至没有任何指令支持 boolean 类型。编译器会在编译期或运行期将 byte 和 short 类型的数据带符号扩展（Sign-Extend）为相应的 int 类型数据，将 boolean 和 char 类型数据零位扩展（Zero-Extend）为相应的 int 类型数据。与之类似，在处理 boolean、byte、short 和 char 类型的数组时，也会转换为使用对应的 int 类型的字节码指令来处理。因此，大多数对于 boolean、byte、short 和 char 类型数据的操作，实际上都是使用相应的 int 类型作为运算类型

分析：这里老师的局部变量表写多了一个，应该是 7 个 slot【0-6】；操作数栈为了方便看出其流程就没进行出栈操作，后面的案例也一样就不赘述了  

案例 1

案例 2

案例 1

案例 2（槽位复用）

在每一大类中，都有针对 Java 虚拟机具体数据类型的专用算术指令。但没有直接支持 byte、short、char 和 boolean 类型的算术指令，对于这些数据的运算，都使用 int 类型的指令来处理。此外，在处理 boolean、byte、short 和 char 类型的数组时，也会转换为使用对应的 int 类型的字节码指令来处理

数据运算可能会导致溢出，例如两个很大的正整数相加，结果可能是一个负数。其实 Java 虚拟机规范并无明确规定过整型数据溢出的具体结果，仅规定了在处理整型数据时，只有除法指令以及求余指令中当出现除数为 0 时会导致虚拟机抛出异常 ArithmeticException

向最接近数舍入模式：JVM 要求在进行浮点数计算时，所有的运算结果都必须舍入到适当的精度，非精确结果必须舍入为可被表示的最接近的精确值，如果有两种可表示的形式与该值一样接近，将优先选择最低有效位为零的

向零舍入模式：将浮点数转换为整数时，采用该模式，该模式将在目标数值类型中选择一个最接近但是不大于原值的数字作为最精确的舍入结果

当一个操作产生溢出时，将会使用有符号的无穷大表示，如果某个操作结果没有明确的数学定义的话，将会使用 NaN 值来表示。而且所有使用 NaN 值作为操作数的算术操作，结果都会返回 NaN

彻底搞定 ++ 运算符

因为 long 类型数据不会出现 NaN，前面分两种是为了处理 NaN 情况

因为设计者将 int 类型作为后面条件跳转判断的依据（见“08-控制转移指令”->“1-条件跳转指令”）

精度损失案例

案例

补充说明（格式）：newarray <ArrayType>  ；anewarray <ArrayType>； multianewarray <ArrayType> <dim>

其中前两个一维数组都会栈顶出栈一次（出栈的元素表示数组长度），而多维数组出栈<dim>次，具体见下面案例

javap 查看

一些说明

案例 1

案例 2

调用接口默认方法和静态方法字节码情况，感觉这里结果也间接说明静态绑定（唯一确定方法）类型大于动态绑定

这里可以看出来字节码和实际代码还是有点不同的：字节码标注的是不满足条件需要跳转的情况，例如这里实际代码是a == 10，不满足条件需要跳转就是 != 即 ifne 

局部变量表对对象的存储是存储其地址，所以这里两次 new，两个对象地址肯定不同

tableswitch 和 lookupswitch 区别图示

从字节码方面没完全一样，从语法方面的区别就只是 i 的作用域不同，前者循环外也能访问到 i，后者只能在循环内访问到 i

官网对 athrow 说明：throw 指令的操作数堆栈图可能会引起误解:如果在当前方法中匹配了此异常的处理程序，则 throw 指令丢弃操作数堆栈上的所有值，然后将被抛出的对象推入操作数堆栈。但是，如果当前方法中没有匹配的处理程序，并且异常被抛出到方法调用链的更上层，那么处理异常的方法(如果有的话)的操作数堆栈将被清除，objectref将被压入空操作数堆栈。从抛出异常的方法到(但不包括)处理异常的方法的所有中间帧都将被丢弃。即没匹配的操作数栈所有内容清空且栈帧清除并且往抛出到调用链的更上层，如果当前栈帧匹配，则操作数栈清空，再压入操作数栈里（注意不是直接就压入，是先判断匹配后才压入）。如果都没有栈帧匹配则直到最后一个非守护线程结束如main线程，程序就终止了

面试题

该结构理解案例

“注意 1” 的案例

1. 实例化：当创建一个类的实例时，比如使用new关键字，或者通过反射、克隆、反序列化

2. 静态方法：当调用类的静态方法时，即当使用了字节码invokestatic指令

3. 静态字段：当使用类、接口的静态字段时（final修饰特殊考虑），比如，使用 getstatic 或者 putstatic 指令。（对应访问变量、赋值变量操作） 

4. 反射：当使用java.lang.reflect包中的方法反射类的方法时。比如：Class.forName("com.atguigu.java.Test") 

5. 继承：当初始化子类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化

5 补充说明

6. default方法：如果一个接口定义了default方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，该接口要在其之前被初始化

7. main方法：当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类

8. MethodHandle：当初次调用MethodHandle实例时，初始化该MethodHandle指向的方法所在的类。（涉及解析REF getStatic、REF_putStatic、REF invokeStatic方法句柄对应的类）。没啥好举例的。

1.当访问一个静态字段时，只有真正声明这个字段的类才会被初始化

2. 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化（开辟空间，不涉及对象创建不会导致初始化）

3, 引用常量不会触发此类或接口的初始化。因为常量在链接阶段就已经被显式赋值了

4, 调用ClassLoader类的loadClass()方法加载一个类,并不是对类的主动使用,不会导致类的初始化

父类赋值源码追溯（技巧：变量往哪个方法传，就追哪个方法，其它一概不看）

防止核心 API 被篡改案例

一个形象的比喻：公司高层维护的是和政府的关系，中层维护的是同行信息了解等等，底层就是具体的业务了。假设这时高层电脑坏了不会修，就得找底层具体的如运营部门的员工去修

热部署一个形象的案例：电脑与外置设备的关系就有点像热部署，如换鼠标，拔插鼠标接口，不需要重启电脑，新插入的鼠标马上就能用

热替换的实现