JVM、字节码文件介绍

目录

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。

阿里Arthas

Arthas 是一款线上监控诊断产品,通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息,并能在不修改应用代码的情况下,对业务问题进行诊断,大大提升线上问题排查效率。
Arthas官网
Java诊断工具-Arthas保姆级教程_arthas定位内存泄漏-CSDN博客

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