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一、Class 类的结构
1.前四个字节:
魔数：确定这个文件是不是被虚拟机接收的class文件，是固定不变的CA FE BA BE
2.第 5-6 个字节：代表次版本号
3.第 7-8：代表主版本号
jdk1.7 0030
jdk1.8 0034
4.第 9-10 代表常量池的数量，常量池中每一个常量都是一个表，一共有 14 个，每个表的数据类型都不同，唯一同的是他们的第一位都是标志位。 标志位图片
4.1 用 javap 命令可以查看常量池，例：
javap -verbose TestClass
5.之后就是访问标志，将符合标志的值进行亦或计算， 标志图片
6.数据类型图
二、类加载机制
2.1 以下情况对类进行初始化
-
使用 new 关键字实例化对象，读取或设置一个静态变量（被 final 修饰，或编译器把结果放入常量池的除外），以及调用一个类的静态方法时
-
使用 recleft 包的方法对类进行反射调用
-
当初始化一个类时，当他的父类还没有初始化时，先初始化他的父类
-
当虚拟机启动时，必须指定一个主类，这个主类会先被初始化
-
当使用 jdk1.7 的语言动态支持时，如果 MethodHandler 实例最后的解析结果为 REF_getStatic，REF_putStatic,REF_invokeStatic 的方法句柄，如果这个方法对应的类没有初始化，那要先初始化
除此之外所有引用的类的方式不会被初始化，称为被动引用
- 对于静态字段只有直接定义的类会被初始化，如父类中定义了一个静态字段，如果通过其子类来引用这个字段，那么只会初始化父类
- 数组中使用类，如Super[] s=new Super[5],不会初始化Super类
- 调用一个类中的常量池，不会初始化这个类
2.2.类加载的过程
- 加载
- 通过全限定名获取二进制字节流
- 将这个字节流代表的静态存储结构转为方法区的运行时数据结构
- 生成一个Class对象，作为方法区这个类的各种数据的入口
- 验证
- 准备
- 初始化静态变量初始值
- 解析
- 在这一步会将常量池中的符号引用（symbolic reference）替换为直接引用
- 初始化
- 静态变量赋值，静态代码块执行
- 初始化阶段是执行类构造器方法的过程，clinit方法时编译器自动收集属性类变量的赋值和静态代码块生成的。
- clinit方法执行之前必须保证其父类的这个方法执行完毕
- 如果多个线程去执行一个类的clinit方法，那么只有一个线程去执行这个类，其他线程阻塞
2.3 类加载器
双亲委派机制的作用：
- 沙箱安全机制，防止核心 API 库被篡改
- 避免类的重复加载，当父加载器加载了，子加载器就不用加载了
- 不同的类加载器加载出来同一个类不"相等"，equers，isInstance，instanceof 方法判断都会不同
- JVM 对 Class 文件是按需加载（运行期间动态加载）
三、堆栈
- 局部变量表:用于存放方法参数和方法内部定义的变量
- 局部变量表的容量以变量槽为最小单位(Variable Table)，32 位的数据占用一个 slot
- 操作数栈
- 是一个后入先出的栈，32 位的占一个容量。
- 例：如两个 int 类型的数相加，最接近栈顶的两个元素存入了两个 int 类型的值，然后执行 iadd 指令时，这两个数出栈并相加，然后结果入栈。
- 静态分派
- 演示代码，输出都为 Human invoke
- 原理：编译器在重载时通过参数的静态类型而不是实际类型
public class TestStaticDispatch {
static abstract class Human{}
static class Man extends Human{
}
static class WoMan extends Human{
}
public void sayHello(Human human){
System.out.println("Human invoke");
}
public void sayHello(Man man){
System.out.println("Man invoke");
}
public void sayHello(WoMan woman){
System.out.println("WoMan invoke");
}
public static void main(String[] args) {
Human hu=new Man();
Human hu2=new WoMan();
TestStaticDispatch ts=new TestStaticDispatch();
ts.sayHello(hu);
ts.sayHello(hu2);
}
}
4.动态分派
在运行期间根据实际类型来确定方法的执行分派叫做动态分派
四、类加载实例
- tomcat 目录结构
- /common 目录下，类库会被 tomcat 和所有应用程序使用
- /server 下，类库对 tomcat 可用，所有的应用程序不可见
- /shared 下，类库对所有的应用程序可见，对 tomcat 不可见
- /WEB-INF 下，只对当前应用程序可见，对 tomcat 和其他应用不可见
注：一般情况下只能向上加载，Shared 可以使用被 Common 类加载器加载的类
为了实现这样的目录权限，tomcat 自定义了几个类加载器，如图:
五、示例
字节码层的反射写法：
public class MethodHandleTest {
static class ClassA{
public void println(String s){
System.out.println(s);
}
}
public static void main(String[] args) throws Throwable {
Object obj=System.currentTimeMillis()%2==0?System.out:new ClassA();
getPringlnMH(obj).invokeExact("哈哈哈");
}
private static MethodHandle getPringlnMH(Object reveiver) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException {
MethodType mt=MethodType.methodType(void.class,String.class);
return lookup().findVirtual(reveiver.getClass(),"println",mt).bindTo(reveiver);
}
}
六、对象结构
在 JVM 中，对象在内存中的布局为对象头，实例变量，对齐填充。
实例变量：存放类的属性信息，包括父类的属性信息，如果是数组则还包括数组的长度。这部分内存按 4 字节对齐。
对象头主要结构是由 Mark Word 和 Class Metadata Address 组成，其结构说明如下表：
| 虚拟机位数 | 头对象结构 | 说明 |
|---|---|---|
| 32/64bit | Mark Word | 存储对象的 hashCode、锁信息或分代年龄或 GC 标志等信息 |
| 32/64bit | Class Metadata Address | 类型指针指向对象的类元数据，JVM 通过这个指针确定该对象是哪个类的实例 |
Monitor 介绍：
每个对象都存在着一个 monitor 与之关联，对象与其 monitor 之间的关系有存在多种实现方式，如 monitor 可以与对象一起创建销毁或当线程试图获取对象锁时自动生成，但当一个 monitor 被某个线程持有后，它便处于锁定状态。
在 Java 虚拟机(HotSpot)中，monitor 是由 ObjectMonitor 实现的。ObjectMonitor 中有两个队列，_WaitSet 和 _EntryList，用来保存 ObjectWaiter 对象列表( 每个等待锁的线程都会被封装成 ObjectWaiter 对象)，_owner 指向持有 ObjectMonitor 对象的线程，当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList 集合，当线程获取到对象的 monitor 后进入 _Owner 区域并把 monitor 中的 owner 变量设置为当前线程同时 monitor 中的计数器 count 加 1，若线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的 monitor，owner 变量恢复为 null，count 自减 1，同时该线程进入 WaitSe t 集合中等待被唤醒。
