jvm内存模型

¶ClassFile结构

¶ClassFile结构体

一个class文件由一个ClassFile结构组成。

ClassFile {
 u4 magic;                                      // class文件的魔数，用来验证class文件的格式是否正确，它的值为0xCAFEBABE
 u2 minor_version;                              // class文件的小版本号
 u2 major_version;                              // class文件的大版本号
 u2 constant_pool_count;                        // 常量池索引数
 cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];  // 常量池数组，存储所有常量
 u2 access_flags;                               // 访问修饰符标志(public,final,super,interface,abstract, synthetic,annotation,enum)
 u2 this_class;                                 // 当前类，这个值必须是在constant_pool表中一个有效索引，这个索引下的值必须是一个CONSTANT_Class_info结构，它表示class文件中类或接口被定义
 u2 super_class;                                // 父类，这个值必须为0或者必须是在constant_pool表中一个有效索引，当为0时，class表示为一个没有父类的类对象；是常量池索引时，表示class文件定义的类的直接父类
 u2 interfaces_count;                           // 接口数，表示这个类或接口直接父接口数量
 u2 interfaces[interfaces_count];               // 接口数组，表示这个类所有的直接父接口
 u2 fields_count;                               // 字段数(字段包括类变量，实例变量，申明类或接口的类型)
 field_info fields[fields_count];               // class中所有的字段
 u2 methods_count;                              // 方法数
 method_info methods[methods_count];            // class中所有的方法
 u2 attributes_count;                           // 属性数
 attribute_info attributes[attributes_count];   // class中所以有的属性
}

¶magic

魔数，是class文件的第一个字段，主要用来识别class文件是否能被jvm虚拟机识别。
魔数值为：0xCAFEBABE
使用魔数而不是扩展名进行识别主要是基于安全考虑，因为扩展名容易被改动。

¶minor_version与major_version

minor_version与major_version一起组成class文件的版本号，这个版本号能可以让我们知道class文件是哪个版本的jvm编译的。

jdk与major对应版本

J2SE 8      = 52
J2SE 7      = 51
J2SE 6.0    = 50
J2SE 5.0    = 49
JDK 1.4     = 48
JDK 1.3     = 47
JDK 1.2     = 46
JDK 1.1     = 45

使用javap获取class文件信息

E:\code\test\target\classes\com\example\test\test>javap -v TestApplication.class
Classfile /E:/code/test/target/classes/com/example/test/test/TestApplication.class
  Last modified 2020-1-2; size 743 bytes
  MD5 checksum dc0a6ae2f5edfed8ea91866691b95593
  Compiled from "TestApplication.java"
public class com.example.test.test.TestApplication
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#21         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #22            // com/example/test/test/TestApplication
   #3 = Methodref          #23.#24        // org/springframework/boot/SpringApplication.run:(Ljava/lang/Class;[Ljava/lang/String;)Lorg/springframework/context/ConfigurableApplicationContext;
   #4 = Class              #25            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               <init>
   #6 = Utf8               ()V
   #7 = Utf8               Code
   #8 = Utf8               LineNumberTable
   #9 = Utf8               LocalVariableTable
  #10 = Utf8               this
  #11 = Utf8               Lcom/example/test/test/TestApplication;
  #12 = Utf8               main
  #13 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #14 = Utf8               args
  #15 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #16 = Utf8               MethodParameters
  #17 = Utf8               SourceFile
  #18 = Utf8               TestApplication.java
  #19 = Utf8               RuntimeVisibleAnnotations
  #20 = Utf8               Lorg/springframework/boot/autoconfigure/SpringBootApplication;
  #21 = NameAndType        #5:#6          // "<init>":()V
  #22 = Utf8               com/example/test/test/TestApplication
  #23 = Class              #26            // org/springframework/boot/SpringApplication
  #24 = NameAndType        #27:#28        // run:(Ljava/lang/Class;[Ljava/lang/String;)Lorg/springframework/context/ConfigurableApplicationContext;
  #25 = Utf8               java/lang/Object
  #26 = Utf8               org/springframework/boot/SpringApplication
  #27 = Utf8               run
  #28 = Utf8               (Ljava/lang/Class;[Ljava/lang/String;)Lorg/springframework/context/ConfigurableApplicationContext;
{
  public com.example.test.test.TestApplication();
    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 7: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/example/test/test/TestApplication;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: ldc           #2                  // class com/example/test/test/TestApplication
         2: aload_0
         3: invokestatic  #3                  // Method org/springframework/boot/SpringApplication.run:(Ljava/lang/Class;[Ljava/lang/String;)Lorg/springframework/context/ConfigurableApplicationContext;
         6: pop
         7: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 7
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       8     0  args   [Ljava/lang/String;
    MethodParameters:
      Name                           Flags
      args
}
SourceFile: "TestApplication.java"
RuntimeVisibleAnnotations:
  0: #20()

¶constant_pool_count

常量池元素数等于常量池表最大索引值加1。如果一个常量池索引值大于0，小于constant_pool_count，那它是有效的索引。

¶constant_pool[constant_pool_count-1]

常量池数组，这是一个包含多种结构的表，它表示在ClassFile结构和它的子结构中的多种string常量，class和interface名，字段名和其他的常量。
每个常量表项通过第一个tag字节表示一个格式。
这个常量池表的最大索引值为constant_pool_count-1

¶access_flags

访问标志，用来确定类或者接口的访问权限和属性。

¶接口通过设置ACC_INTERFACE标志来被区分

如果ACC_INTERFACE标志被设置，则ACC_ABTRACT标志必须也被设置，这个class将被定义为一个接口，并且ACC_FINAL,ACC_SUPER,ACC_ENUM将不会被设置(因为final修饰不能被继承或实现，super表示有父类，接口没有父类，enum是一个枚举类型，与类和接口不一样)。
如果ACC_INTERFACE标志没有被设置，这个class将被定义为一个类而不是接口,除了ACC_ANNOTATION外，其他的标志都可能会被设置(因为只有接口才能成为注解);如果这个类是一个实体类，ACC_ABTRACT将不会被设置;如果设置ACC_FINAL,表示这个类不能被继承。

¶ACC_SUPER

如果ACC_SUPER出现在类或者接口中，invokespecial指令被调用，ACC_SUPER有两种语义被表示。
在早期编译器中，ACC_SUPER会被忽略掉，但是在java 8 及以上版本的编译器则会在每个类中设置ACC_SUPER标志。
ACC_SUPER用来表示如何调用父类，早期版本编译器使用invokenonvirtual指令(invokespecial前身，未设置ACC_SUPER)来调用父类方法，这个指令是编译时绑定，当编译后父类被更改，但不重新编译，这时依然会运行之前绑定的方法；但是使用invokespecial指令(设置了ACC_SUPER)则会搜索类层次，找到最近一个父类进行方法调用，得到正确结果。

¶ACC_SYNTHETIC

这个标志表示这个类或者接口通过编译器被生成，并且不会出现在源代码中。

¶ACC_ENUM

这个标志表示这个类或者它的子类被定义为一个枚举类型。

¶this_class

this_class元素的值必须是在常量池表中的一个有效索引，这个索引对应的常量池项必须是一个CONSTANT_Class_info结构(类结构),表示在class文件中一个类或者接口被定义。

¶super_class

对于一个类

super_class元素的值被设置为0或者其值是在常量池中的一个有效索引。
如果super_class的值不为0，那么这个值在常量池中对应的索引对应的常量池项是一个CONSTANT_Class_info结构，它被表示class文件定义了这个类的直接父类。
如果这个类没有一个或者多个直接父类，那么这个类可能被设置ACC_FINAL标志。
如果super_class元素值为0，这个class文件必须表示为这个类对象本身，并且这个类或者接口没有一个直接父类。
对于一个接口，super_class的值必须总是在常量池中的一个有效值。这个索引对应的常量池项必须是一个CONSTANT_Class_info结构，它表示这个类对象本身。

¶interfaces_count

接口数，表示这个类或者接口的直接父接口数量。

¶interfaces[interfaces_count]

在interfaces数组中的值都是在常量池中的一个有效索引。
每个有效索引对应的常量池项必须是一个CONSTANT_Class_info结构，它表示为这个类或接口的一个直接父接口。interfaces中索引从小到大表示一个类的接口从左到右。

¶fields_count

fields_count的值表示在字段表中的field_info结构数量。
field_info结构表示所有的字段，包括类变量，实例变量，申明类或接口的类型。

¶fields[fields_count]

在字段表中的每个值必须是一个field_info结构，它是在一个类或者接口中一个字段的完整描述。
这个字段表包括了在这个类或者接口中被申明的所有字段。
这个字段表不包括从父类或父接口继承的字段。

¶methods_count

methods_count元素的值表示在methods表中的method_info结构数量。

¶methods[methods_count]

在methods表中的每个值是一个method_info结构，它是在这个类或接口中的一个方法的完整描述。
如果在一个method_info结构中的access_flags中ACC_NATIVE和ACC_ABSTRACT标志都没被设置(表示这个方法不是本地方法，也不是抽象方法)，java虚拟机提供了实现该方法的指令。
method_info结构表示在类或者接口中被申明的所有方法，包括实例方法，类方法，实例初始化方法和一些类或接口的初始化方法。
这个方法表不包括从父类或者父接口继承的方法。

¶attributes_count

attributes_count元素的值表示在attributes表中的属性数

¶attributes[attributes_count]

在属性表中的每个值都是一个attribute_info结构。

¶被定义的属性

¶属性结构定义

attribute_info {
 u2 attribute_name_index;
 u4 attribute_length;
 u1 info[attribute_length];
}

¶文献引用

ACC_SUPER和早期的invokespecial