java之jvm学习笔记三(Class文件检验器)
java之jvm学习笔记三(Class文件检验器)
前面的学习我们知道了class文件被类装载器所装载,但是在装载class文件之前或之后,class文件实际上还需要被校验,这就是今天的学习主题,class文件校验器。
class文件 校验器,保证class文件内容有正确的内部结构,java虚拟机的class文件检验器在字节码执行之前对文件进行校验,而不是在执行中进行校验
class文件校验器要进行四趟独立的扫描来完成校验工作
class文件校验器分成四趟独立的扫描来完成校验。
第一趟
在装载字节序列的时候进行,这个是校验class文件的结构的合法性,比如你使用
windowns下的copy命令去合并一个.class文件和一个jpg文件的时候,在装载这个class文件的时候jvm会发现这个class文件被
删改过,文件的长度也不正确,而抛出异常!
所以这次校验是发生在二进制数据上,
第二趟
扫描发生在方法区中,主要对于,语义,词法和语法的分析,也就是检查这个类是否能够顺利的编译!
第三趟
字节码校验
在这一趟的校验中涉及两个比较不好理解的概念,第一个是字节码流,第二个是栈帧.
执行字节码时,一次执行操作码,java虚拟机内构成了执行线程,而每个线程会有自己的java栈就是我们说的栈帧。每一个方法都有一个栈帧。
如果学过汇编的人理解这两个概念会容易一点
字节码流=操作码+操作数,在这里可以看做汇编里的伪指令+操作数,因为这里的操作码实际上就是给jvm识别的“汇编伪指令”,而操作数的概念和汇编里的除了数据类型,并没有多大的差异
重点来看一下栈帧,栈帧其实也很好理解,栈帧里有局部变量栈和操作数栈,这两块内存就是放数据的时机不同,操作数栈就是用来存放字节码指令执行的中间结果,结果或操作数,而局部变量区,就是用来存局部变量形参等,这个很好理解
这个字节码的校验过程校验的就是字节码流的合法过程,也就是校验操作数+操作码的合法性。
而java的class
文件编码我们之所以称之为字节码,是因为每调条操作指令都只占一个字节,除了两个例外情况,所有的操作码和他们的操作数按字节对齐,这使得字节流在传输的
时候跟小,更有优势,这两个例外是这样一些操作码,在操作码和他们的操作数之间会天上一至三个字节,以便操作数都按字节对齐。
下面是一个图,描述了栈帧的结构
第四趟
符号引用的校验
由于大部分jvm的实现都是延迟加载或者说动态链接的,延迟加载的意思就是,jvm装载某个类A时,如果A类里有引用其他的类B,虚拟机并不会把这个被引用B类也同时装载入内存,而是等到执行到的时候才去装载。
而这个被引用的B类在引用它的类A中的表现形式主要被登记在了符号表中,而第四趟的这个过程就是当需要用到被引用类B的时候,将被引用类B在引用类A的符号引用名改为内存里的直接引用
所以第四趟发生的时间是不可预料的,而且发生在方法区中。总个这个过程称之为动态连接
可以简单的划分为两步
1.查找被引用的类(有必要的话就加载它)
2.将符号引用替换为直接引用,例如一个指向类、字段或方法的指针,下次再需要用到被引用类的时候直接运用直接引用,不需要再去装载。
这个过程其实在ClassLoader类中的loadClass中就可以发现它的痕迹。我们先贴出loadClass这个方法实现,然后简要的做一下分析
- protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
- throws ClassNotFoundException
- {
- // First, check if the class has already been loaded
- Class c = findLoadedClass(name);
- if (c == null) {
- try {
- if (parent != null) {
- c = parent.loadClass(name, false);
- } else {
- c = findBootstrapClass0(name);
- }
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- // If still not found, then invoke findClass in order
- // to find the class.
- c = findClass(name);
- }
- }
- if (resolve) {
- resolveClass(c);
- }
- return c;
- }
loadClass有两个参数,第一个参数是类的全限定名,第二个参数就是我们要说的重点,这个参数为true的时候表示,loadClass方法
会执行resolveClass的方法,这个方法就是将类中的符号引用替换为直接引用。最终调用的方法是一个本地方法 resolveClass0。
这里还有一点需要注意,Class.forName这个静态的方法我们也常用来加载class文件的字节码,那它和classLoader有什么区别?
区别就在于是否执行resolveClass这个方法,Class.forName总是承诺将符号连接进行连接和初始化,而loadClass没有这样的承诺。
总结:
第一趟扫描,在类被装载时进行,校验class文件的内部结构,保证能够被正常安全的编译
第二趟和第三趟在连接的过程中进行,这两趟基本上是语法校验,词法校验
第四趟是解析符号引用和直接引用时进行的,这次校验确认被引用的类,字段以及方法确实存在
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