JVM、字节码文件介绍

初识JVM

什么是JVM

JVM的三大核心功能

JVM的组成

字节码文件的组成

基础信息

Magic魔数

主副版本号

其它基础信息

常量池

字段

方法

属性

字节码常用工具

javap

jclasslib插件

阿里Arthas

初识JVM

什么是JVM

JVM的三大核心功能

1. 解释和运行虚拟机指令
对字节码文件中的指令，实时的解释成机器码，让计算机执行；
2. 内存管理
自动为对象、方法等分配内存；自动的垃圾回收机制，回收不再使用的对象；
3. 即时编译
对热点代码进行优化，提升执行效率；

JVM的组成

类加载子系统：核心组件类加载器，负责将字节码文件中的内容加载到内存中。
运行时数据区：JVM管理的内存，创建出来的对象、类的信息等等内容都会放在这块区域中。
执行引擎：包含了即时编译器、解释器、垃圾回收器，执行引擎使用解释器将字节码指令解释成机器码，使用即时编译器优化性能，使用垃圾回收器回收不再使用的对象。
本地接口：调用本地使用C/C++编译好的方法，本地方法在Java中声明时，都会带上native关键字，如下图所示。

字节码文件的组成

字节码文件总共可以分为以下几个部分：
基础信息：魔数、字节码文件对应的Java版本号、访问标识(public final等等)、父类和接口信息
常量池： 保存了字符串常量、类或接口名、字段名，主要在字节码指令中使用
字段： 当前类或接口声明的字段信息
方法： 当前类或接口声明的方法信息，核心内容为方法的字节码指令
属性： 类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等

基础信息

Magic魔数

文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改不影响文件的内容。软件会根据文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错。每个Java字节码文件的前四个字节是固定的，用16进制表示就是0xcafebabe。

主副版本号

主副版本号指的是编译字节码文件时使用的JDK版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了45.0-45.3，JDK1.2是46之后每升级一个大版本就加1；副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号。
例：1.2之后大版本号 = 主版本号 - 44，比如主版本号52就是JDK8。

版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的JDK是否兼容。如果使用较低版本的JDK去运行较高版本JDK的字节码文件，无法使用会显示如下错误：

针对以上问题的两种解决方案（建议使用方案二）
1.升级JDK版本，将图中使用的JDK6升级至JDK8即可正常运行，容易引发其他的兼容性问题，并且需要大量的测试。
2.将第三方依赖的版本号降低或者更换依赖，以满足JDK版本的要求

其它基础信息

常量池

字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间。
常量池中的每个数据都有一个编号，编号从1开始。例如“我爱北京天安门”这个字符串，在常量池中的编号为7。在字段或者字节码指令中通过编号7即可快速的找到这个字符串。
字节码指令中通过编号引用到常量池的过程称之为符号引用。

字段

字段中存放的是当前类或接口声明的字段信息。
如下图中，定义了两个字段a1和a2，这两个字段就会出现在字段这部分内容中。同时还包含字段的名字、描述符（字段的类型）、访问标识（public/private static final等）。

方法

字节码中的方法区域是存放字节码指令的核心位置，字节码指令的内容存放在方法的Code属性中。
通过分析方法的字节码指令，可以清楚地了解一个方法到底是如何执行的。
i++的字节码指令如下，其中iinc 1 by 1指令指的是将局部变量表1号位置增加1，其实就实现了i++的操作。

而++i只是对两个字节码指令的顺序进行了更改：即先执行 iinc 1 by 1再执行 iload_1。

面试题：int i = 0; i = i++; 最终i的值是多少？
答：答案是0，我通过分析字节码指令发现，i++先把0取出来放入临时的操作数栈中，接下来对i进行加1，i变成了1，最后再将之前保存的临时值0放入i，最后i就变成了0。

属性

属性主要指的是类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等。

字节码常用工具

详情见视频黑马程序员JVM虚拟机入门到实战基础篇5-6

javap

javap是JDK自带的反编译工具，可以通过控制台查看字节码文件的内容。适合在服务器上查看字节码文件内容。

直接输入javap查看所有参数。输入javap -v 字节码文件名称查看具体的字节码信息。如果jar包需要先使用 jar –xvf 命令解压。

jclasslib插件

jclasslib也有Idea插件版本，建议开发时使用Idea插件版本，可以在代码编译之后实时看到字节码文件内容。
1、打开idea的插件页面，搜索jclasslib并下载
2、选中要查看的源代码文件，选择视图(View) - Show Bytecode With Jclasslib
tips:
1、一定要选择文件再点击视图(view)菜单，否则菜单项不会出现。
2、文件修改后一定要通过Build重新编译之后，再点击刷新按钮。