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              一 凡 一 凡 I l o v e j a v a s h a r e ! T o g g l e n a v i g a t i o n 一 凡 H o m e A b o u t M e A r c h i v e s T a g s 0 1 J V M C l a s s 加 载 机 制 2 0 1 9 1 1 2 6 0 9 : 0 0 : 2 1     2 8 7     0     0 一 、 类 加 载 过 程 1 . 加 载 加 载 指 的 是 将 类 的 c l a s s 文 件 读 入 到 内 存 ， 并 为 之 创 建 一 个 j a v a . l a n g . C l a s s 对 象 ， 也 就 是 说 ， 当 程 序 中 使 用 任 何 类 时 ， 系 统 都 会 为 之 建 立 一 个 j a v a . l a n g . C l a s s 对 象 。 
         类 的 加 载 由 类 加 载 器 完 成 ， 类 加 载 器 通 常 由 J V M 提 供 ， 这 些 类 加 载 器 也 是 前 面 所 有 程 序 运 行 的 基 础 ， J V M 提 供 的 这 些 类 加 载 器 通 常 被 称 为 系 统 类 加 载 器 。 
 除 此 之 外 ， 开 发 者 可 以 通 过 继 承 C l a s s L o a d e r 基 类 来 创 建 自 己 的 类 加 载 器 。 
         通 过 使 用 不 同 的 类 加 载 器 ， 可 以 从 不 同 来 源 加 载 类 的 二 进 制 数 据 ， 通 常 有 如 下 几 种 来 源 。 
 从 本 地 文 件 系 统 加 载 c l a s s 文 件 ， 这 是 前 面 绝 大 部 分 示 例 程 序 的 类 加 载 方 式 。 
 从 J A R 包 加 载 c l a s s 文 件 ， 这 种 方 式 也 是 很 常 见 的 ， 前 面 介 绍 J D B C 编 程 时 用 到 的 数 据 库 驱 动 类 就 放 在 J A R 文 件 中 ， J V M 可 以 从 J A R 文 件 中 直 接 加 载 该 c l a s s 文 件 。 
 通 过 网 络 加 载 c l a s s 文 件 。 
 把 一 个 J a v a 源 文 件 动 态 编 译 ， 并 执 行 加 载 。 
 类 加 载 器 通 常 无 须 等 到 “ 首 次 使 用 ” 该 类 时 才 加 载 该 类 ， J a v a 虚 拟 机 规 范 允 许 系 统 预 先 加 载 某 些 类 。 
 2 . 链 接 当 类 被 加 载 之 后 ， 系 统 为 之 生 成 一 个 对 应 的 C l a s s 对 象 ， 接 着 将 会 进 入 链 接 阶 段 ， 链 接 阶 段 负 责 把 类 的 二 进 制 数 据 合 并 到 J R E 中 。 
 类 链 接 又 可 分 为 如 下 3 个 阶 段 。 
 2 . 1 验 证 验 证 阶 段 用 于 检 验 被 加 载 的 类 是 否 有 正 确 的 内 部 结 构 ， 并 和 其 他 类 协 调 一 致 。 
 J a v a 是 相 对 C + + 语 言 是 安 全 的 语 言 ， 例 如 它 有 C + + 不 具 有 的 数 组 越 界 的 检 查 。 
 这 本 身 就 是 对 自 身 安 全 的 一 种 保 护 。 
 验 证 阶 段 是 J a v a 非 常 重 要 的 一 个 阶 段 ， 它 会 直 接 的 保 证 应 用 是 否 会 被 恶 意 入 侵 的 一 道 重 要 的 防 线 ， 越 是 严 谨 的 验 证 机 制 越 安 全 。 
 验 证 的 目 的 在 于 确 保 C l a s s 文 件 的 字 节 流 中 包 含 信 息 符 合 当 前 虚 拟 机 要 求 ， 不 会 危 害 虚 拟 机 自 身 安 全 。 
 其 主 要 包 括 四 种 验 证 ， 文 件 格 式 验 证 ， 元 数 据 验 证 ， 字 节 码 验 证 ， 符 号 引 用 验 证 。 
 四 种 验 证 做 进 一 步 说 明 ： 文 件 格 式 验 证 ： 主 要 验 证 字 节 流 是 否 符 合 C l a s s 文 件 格 式 规 范 ， 并 且 能 被 当 前 的 虚 拟 机 加 载 处 理 。 
 例 如 ： 主 ， 次 版 本 号 是 否 在 当 前 虚 拟 机 处 理 的 范 围 之 内 。 
 常 量 池 中 是 否 有 不 被 支 持 的 常 量 类 型 。 
 指 向 常 量 的 中 的 索 引 值 是 否 存 在 不 存 在 的 常 量 或 不 符 合 类 型 的 常 量 。 
 元 数 据 验 证 ： 对 字 节 M o r e 0 2 J V M C l a s s 类 结 构 2 0 1 9 1 1 2 6 0 9 : 0 0 : 2 5     3 4 4     0     0 前 言 作 为 一 个 J a v a 开 发 者 ， 对 技 术 的 追 求 而 不 仅 仅 停 留 在 会 用 A P I ， 会 写 基 本 功 能 上 ， 要 想 在 技 术 上 有 更 高 的 造 诣 ， 就 需 要 深 入 到 原 理 层 面 去 认 识 代 码 运 行 的 机 制 。 
 因 此 ， 本 文 从 c l a s s 字 节 码 文 件 的 结 构 入 手 ， 一 步 步 来 解 剖 二 进 制 字 节 码 的 内 部 工 作 原 理 ， 这 对 深 入 理 解 J V M 的 运 行 机 制 大 有 裨 益 ， 同 时 ， 对 于 想 要 使 用 B C E L 来 动 态 改 变 C l a s s 字 节 码 指 令 的 工 作 也 很 有 帮 助 什 么 是 C l a s s 文 件 J a v a 字 节 码 类 文 件 （ . c l a s s ） 是 J a v a 编 译 器 编 译 J a v a 源 文 件 （ . j a v a ） 产 生 的 “ 目 标 文 件 ” 。 
 它 是 一 种 8 位 字 节 的 二 进 制 流 文 件 ， 各 个 数 据 项 按 顺 序 紧 密 的 从 前 向 后 排 列 ， 相 邻 的 项 之 间 没 有 间 隙 ， 这 样 可 以 使 得 c l a s s 文 件 非 常 紧 凑 ， 体 积 轻 巧 ， 可 以 被 J V M 快 速 的 加 载 至 内 存 ， 并 且 占 据 较 少 的 内 存 空 间 （ 方 便 于 网 络 的 传 输 ） 。 
 J a v a 源 文 件 在 被 J a v a 编 译 器 编 译 之 后 ， 每 个 类 （ 或 者 接 口 ） 都 单 独 占 据 一 个 c l a s s 文 件 ， 并 且 类 中 的 所 有 信 息 都 会 在 c l a s s 文 件 中 有 相 应 的 描 述 ， 由 于 c l a s s 文 件 很 灵 活 ， 它 甚 至 比 J a v a 源 文 件 有 着 更 强 的 描 述 能 力 。 
 c l a s s 文 件 中 的 信 息 是 一 项 一 项 排 列 的 ， 每 项 数 据 都 有 它 的 固 定 长 度 ， 有 的 占 一 个 字 节 ， 有 的 占 两 个 字 节 ， 还 有 的 占 四 个 字 节 或 8 个 字 节 ， 数 据 项 的 不 同 长 度 分 别 用 u 1 , u 2 , u 4 , u 8 表 示 ， 分 别 表 示 一 种 数 据 项 在 c l a s s 文 件 中 占 据 一 个 字 节 ， 两 个 字 节 ， 4 个 字 节 和 8 个 字 节 。 
 可 以 把 u 1 , u 2 , u 3 , u 4 看 做 c l a s s 文 件 数 据 项 的 “ 类 型 ” 。 
 C l a s s 文 件 的 结 构 一 个 典 型 的 c l a s s 文 件 分 为 ： M a g i c N u m b e r ， V e r s i o n ， C o n s t a n t _ p o o l ， A c c e s s _ f l a g ， T h i s _ c l a s s ， S u p e r _ c l a s s ， I n t e r f a c e s ， F i e l d s ， M e t h o d s 和 A t t r i b u t e s 这 十 个 部 分 ， 用 一 个 数 据 结 构 可 以 表 示 如 下 ： 下 面 对 c l a s s 文 件 中 的 每 一 项 进 行 详 细 的 解 释 ： 1 、 m a g i c 在 c l a s s 文 件 开 头 的 四 个 字 节 ， 存 放 着 c l a s s 文 件 的 魔 数 ， 这 个 魔 数 是 c l a s s 文 件 的 标 志 ， 他 是 一 个 固 定 的 值 ： 0 X C A F E B A B E 。 
 也 就 是 说 他 是 判 断 一 个 文 件 是 不 是 c l a s s 格 式 的 文 件 的 标 M o r e 0 3 J V M C l a s s 字 节 码 指 令 2 0 1 9 1 1 2 6 0 9 : 0 0 : 2 9     2 8 1     0     0 字 节 码 指 令 类 型 l o a d 是 将 本 地 变 量 中 的 数 据 推 送 入 栈 中 i l o a d , i l o a d _ , l l o a d , l l o a d _ , f l o a d , f l o a d _ , d l o a d , d l o a d _ , a l o a d , a l o a d _ i l o a d _ 0 ： 将 第 一 个 i n t 型 本 地 变 量 推 送 至 栈 顶 i l o a d 中 i 表 示 为 i n t 型 （ l 为 l o n g ， f 为 f l o a t ， d 为 d o u b l e ， a 为 引 用 类 型 ） ， l o a d 表 示 动 作 为 l o a d ， 后 面 的 指 令 大 多 都 是 这 种 结 构 ， 先 是 声 明 操 作 数 类 型 ， 再 说 明 具 体 动 作 。 
 同 理 f l o a d ： 将 本 地 变 量 的 f l o a t 型 数 据 推 送 栈 顶 s t o r e l o a d 是 从 本 地 变 量 到 栈 顶 ， s t o r e 是 从 栈 顶 到 本 地 变 量 i s t o r e , i s t o r e _ , l s t o r e , l s t o r e _ , f s t o r e , f s t o r e _ , d s t o r e , d s t o r _ , a s t o r e , a s t o r e _ i s t o r e ： 将 栈 顶 i n t 型 数 值 存 入 制 定 数 组 的 指 定 索 引 位 置 p u s h ， c o n s t 除 了 本 地 变 量 到 栈 顶 ， 还 有 常 量 到 栈 顶 b i p u s h , s i p u s h , l d c , l d c _ w , l d c 2 _ w , a c o n s t _ n u l l , i c o n s t _ m l , i c o n s t _ , l c o n s t _ , f c o n s t _ , d c o n s t _ l d c ： 将 i n t ， f l o a t 或 S t r i n g 型 常 量 从 常 量 池 中 推 送 至 栈 顶 i c o n s t _ 0 : 将 i n t 型 0 推 送 至 栈 顶 算 数 操 作 加 ： i a d d , l a d d , f a d d , d a d d ： 将 栈 顶 两 个 数 值 相 加 并 将 将 结 果 压 入 栈 顶 减 ： i s , l s , f s , d s 乘 ： i m u l , l m u l , f m u l , d m u l 除 ： i d i v , l d i v , f d i v , d d i v 余 数 ： i r e m , l r e m , f r e m , d r e m 取 负 ： i n e g , l n e g , f n e g , d n e g 移 位 ： i s h l , l s h r , i u s h r , l s h l , l s h r , l u s h r 按 位 或 ： i o r , l o r 按 位 与 ： i a n d , l a n d 按 位 异 或 ： i x o r , l x o r 类 型 转 换 ： i 2 l , i 2 f , i 2 d , l 2 f , l 2 d , f 2 d ( 放 宽 数 值 转 换 ) i 2 b , i 2 c , i 2 s , l 2 i , f 2 i , f 2 l , d 2 i , d 2 l , d 2 f ( 缩 窄 数 值 转 换 ) 比 较 操 作 l c m p ： 比 较 栈 顶 两 个 l o n g 型 数 值 的 M o r e 京 I C P 备 1 9 0 5 5 9 8 5 号

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