JVM执行子系统

整理自周志明老师的《深入理解Java虚拟机》某一章节 内 字节码 虚拟机类加载机制 等先关介绍

虚拟机执行子系统

• 类文件结构
  • 无关性的基石
  • Class类文件的结构
    • 魔数与Class文件的版本
    • 常量池
    • 访问标志
    • 类索引、父类索引与接口索引集合
    • 字段表集合
    • 方法表集合
    • 属性表集合
      • Code属性
      • Exceptions属性
      • LineNumberTable属性
      • LocalVariableTable及LocalVariableTypeTable属性
      • SourceFile及SourceDebugExtension属性
      • ConstantValue属性
      • InnerClasses属性
      • Deprecated及Synthetic属性
      • StackMapTable属性
      • Signature属性
      • BootstrapMethods属性
      • MethodParameters属性
      • 模块化相关属性
      • 运行时注解相关属性
    • 字节码指令简介
      • 字节码与数据类型
      • 加载和存储指令
      • 运算指令
      • 类型转换指令
      • 对象创建与访问指令
      • 操作数栈管理指令
      • 控制转移指令
      • 方法调用和返回指令
      • 异常处理指令
      • 同步指令
    • 公有设计，私有实现
    • Class文件结构的发展
• 虚拟机类加载机制
  • 类加载的时机
    • 主动引用类型（6种）
      • 字节码指令：new、getstatic、putstatic或invokestatic
      • java.lang.reflect
      • 当初始化类的时候，其父类还没有进行过初始
      • 包含main()方法的类
      • java.lang.invoke.MethodHandle
      • 接口：default（）
  • 类加载的过程
    • 加载
      • 1）类的全限定名(二进制字节流)
      • 2）方法区的运行时数据结构。
      • 3）java.lang.Class对象(访问入口)
    • 验证(安全)
      • 文件格式验证
        • Class文件格式的规范
      • 元数据验证
        • 语义分析
      • 字节码验证
        • 数据流分析和控制流分析
      • 符号引用验证
        • 解析阶段中发生
    • 准备
      • 类变量（static）
        • 分配内存并设置类变量初始值
      • 常量（final）
        • ConstantValue
    • 解析
      • 符号引用替换为直接引用
        • 类或接口的解析
        • 方法解析
        • 接口方法解析
        • 字段解析
    • 初始化
      • 类构造器<clinit>()
        • 基类
        • 类变量的赋值动作
        • 静态语句块（static{}块）
  • 类加载器
    • 类与类加载器
    • 双亲委派模型
      • 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）
        • 负责加载存放在<JAVA_HOME>\lib目录
      • 扩展类加载器（Extension Class Loader）
        • 负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录
      • 应用程序类加载器（Application Class Loader）
        • 负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库
      • 自定义类加载器
      • 工作过程
        • 1. 把这个请求委派给父类加载器去完成
        • 2.只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求
          • 子加载器才会尝试自己去完成加载。
    • 破坏双亲委派模型
  • Java模块化系统
    • 模块的兼容性
    • 模块化下的类加载器
• 虚拟机字节码执行引擎
  • 运行时栈帧结构
    • 局部变量表
      • 变量槽（Variable Slot）
      • 局部变量定义了但没有赋初始值，不能使用
    • 操作数栈
      • 操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配
    • 静态解析
    • 动态连接
      • 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
    • 方法返回地址
      • Normal Method Invocation Completion
      • Abrupt Method InvocationCompletion
    • 附加信息
      • 与调试、性能收集相关
  • 方法调用
    • 唯一目的：确定被调方法的版本
    • 解析
      • 非虚方法”（Non-Virtual Method）
        • 确定唯一的调用版本
          • invokespecial
            • 私有方法
            • 实例构造器
            • 父类方法
          • invokestatic
            • 静态方法
          • final
      • 虚方法”（VirtualMethod）
    • 分派（方法版本）
      • 静态分派(编译阶段)
        • 依赖静态类型(重载)
      • 动态分派（多态）
        • invokevirtual的执行逻辑
          • 只对方法有效，对字段无效
          • 重写
      • 单分派与多分派
    • 虚拟机动态分派的实现
  • 动态类型语言支持
    • 动态类型语言
    • Java与动态类型
    • java.lang.invoke包
    • invokedynamic指令
    • 实战：掌控方法分派规则
  • 基于栈的字节码解释执行引擎
    • 解释执行
    • 基于栈的指令集与基于寄存器的指令集
    • 基于栈的解释器执行过程