JVM多語言支持

Java規(guī)范分為Java語言規(guī)范（The Java Language Specification）和Java虛擬機(jī)規(guī)范（The Java Virtual Machine Specification），因此JVM支持多種語言，只要該語言編譯后的類文件符合JVM規(guī)范。比如我們常用的Scala、Kotlin、Clojure、Groovy等等。

類文件結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)原則：多字節(jié)的數(shù)據(jù)，高位在前。JVM加載Class文件的時(shí)候進(jìn)行動態(tài)連接。
Class文件結(jié)構(gòu)類似C的結(jié)構(gòu)體，包含無符號數(shù)（u1/u2/u4/u8表示1/2/4/8字節(jié)的無符號數(shù)）和表（由多個(gè)無符號數(shù)或表組成的結(jié)構(gòu)體，class文件本身就是一個(gè)大的表），有多個(gè)同類的無符號數(shù)或者表并數(shù)量不確定的時(shí)候，一般先用一個(gè)無符號數(shù)記錄數(shù)量，后面接上一系列連續(xù)的這種無符號數(shù)或者表。Class文件沒有分隔符號，所以整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是被嚴(yán)格規(guī)定的。

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魔數(shù)與Class文件版本

Class文件頭4個(gè)字節(jié)是固定的0xCAFEBABE（咖啡寶貝），顯然與Java語言命名的歷史相關(guān)。
緊接著4個(gè)字節(jié)存儲Class文件版本號，5-6字節(jié)是子版本號，7-8字節(jié)是主版本號（比如1.7.0是0x0033）。JVM讀取Class文件的時(shí)候，搞版本JDK可以兼容舊版本Class文件，就是通過這4個(gè)字節(jié)進(jìn)行判定的。

常量池

一般來說常量池占Class文件空間最大，由于長度不定，所以入口有u2類型的常量池容量計(jì)數(shù)器（8-9位），計(jì)數(shù)從1開始（Class文件中其他容量計(jì)數(shù)器都是從0開始的）。
常量池存儲兩類常量：字面量（類似Java語言中的常量）和符號引用，后者包括類和接口全名、字段名稱和描述符、方法名稱和描述符。JVM運(yùn)行時(shí)從常量池獲取符號引用再在類創(chuàng)建時(shí)解析到具體內(nèi)存地址，沒有C語言的“連接”步驟。
常量池每一個(gè)常量都是一個(gè)表。，一共有14種表，表的開頭都是一個(gè)u1類型的標(biāo)志位代表當(dāng)前常量的類型（浮點(diǎn)整形之類），后面的結(jié)構(gòu)與具體的常量類型有關(guān)，各自不同。
使用javap -verbose 類名可以解析類的結(jié)構(gòu)，輸出結(jié)構(gòu)大概這樣：

 javap -verbose com.turingdi.breorent.user.controller.RentAndReturnController

Classfile /home/leibniz/workspace/BreoRent/target/classes/com/turingdi/breorent/user/controller/RentAndReturnController.class
  Last modified 2017-6-6; size 9126 bytes
  MD5 checksum 26ed5594f39cfc9d6b109637ad76bf12
  Compiled from "RentAndReturnController.java"
public class com.turingdi.breorent.user.controller.RentAndReturnController
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
    #1 = Methodref          #111.#203     // java/lang/Object."<init>":()V
    #2 = Class              #204          // org/springframework/web/servlet/ModelAndView
    #3 = Methodref          #2.#203       // org/springframework/web/servlet/ModelAndView."<init>":()V
    #4 = Class              #205          // com/turingdi/breorent/common/wechatApi/process/WechatJdk
    #5 = Methodref          #4.#206       // com/turingdi/breorent/common/wechatApi/process/WechatJdk."<init>":(Ljavax/servlet/http/HttpServletRequest;)V
    #6 = Methodref          #4.#207       // com/turingdi/breorent/common/wechatApi/process/WechatJdk.getMap:()Ljava/util/Map;
    #7 = String             #208          // appId
    #8 = String             #209          // wechat
    #9 = String             #210          // APP_ID
……

常見的兩種常量舉例：

1. CONSTANT_Class_info，類常量，標(biāo)志為0x07，緊接著是1個(gè)u2類型的類名索引，指的是類名（字符串常量）在常量池中的索引（如上面所說，從1開始數(shù)）。
2. CONSTANT_Utf8_info，字符串變量，標(biāo)志為0x01，緊接著是1個(gè)u2類型的字符串長度，然后是字符串內(nèi)容的bytes，u1類型，數(shù)量等于前面u2定義的。

從上面可以推導(dǎo)：類名（全限定名）是字符串常量，長度用u2類型表示，也就是最大長度是65535，換言之就是Java類全名最長65535，超過的無法編譯。

訪問標(biāo)志

常量池結(jié)束之后，有兩個(gè)字節(jié)為訪問標(biāo)志，代表當(dāng)前Class文件是否public、是否類/接口/枚舉、是否抽象、是否注解等等。

類索引、父類索引及接口索引集合

類索引和父類索引分別為u2類型數(shù)據(jù)，接口索引集合結(jié)合為u2類型數(shù)據(jù)的集合（只能有一個(gè)父類，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口），分別用于記錄當(dāng)前類、父類、實(shí)現(xiàn)的接口的類描述符（CONSTANT_Class_info）在常量池中的索引。
類索引和父類索引緊接在訪問標(biāo)志后面，再后面是接口索引集合，入口是一個(gè)數(shù)量計(jì)數(shù)器，0表示沒有實(shí)現(xiàn)任何接口，再后面就是具體的接口類描述符索引。

字段表集合

描述類或接口中定義的字段，包括靜態(tài)和非靜態(tài)的。結(jié)構(gòu)如下：

描述符描述方法的時(shí)候，先是參數(shù)列表，然后是返回值類型。而方法

public String toString(int test)

對應(yīng)的描述符是

(I)Ljava/lang/String;

其中L是表示對象類型。
此外，字段表集合不會列出從父類或接口中繼承的字段，但可能會有代碼中不存在的字段，比如內(nèi)部類對外部類實(shí)例的引用之類。

方法表集合

方法表集合的入口同樣也是一個(gè)u2類型的計(jì)數(shù)器，緊接著是各個(gè)具體的方法。方法表的結(jié)構(gòu)與字段表基本一樣，不列出來了。區(qū)別：

1. 首先是access_flags的取值范圍不同，比如沒有ACC_TRANSIENT、有ACC_SYNCHRONIZED等值；
2. name_index表示方法名索引，descriptor_index表示方法描述符索引，跟字段表一樣；
3. 而編譯后的方法代碼，放在屬性表里面名為“Code”的屬性中；
4. 沒有Override的父類方法，不會出現(xiàn)在子類的方法表集合中；
5. 同樣可能出現(xiàn)代碼中原本沒有的方法，比如<clinit>（類構(gòu)造器）、<init>（實(shí)例對象構(gòu)造器）。

兩個(gè)方法名字相同，參數(shù)列表相同，返回值類型不同，是允許共存在一個(gè)Class文件中的，但Java語言不允許這樣。

屬性表集合

Class文件、字段表、方法表都可以有自己的屬性表，Java7里面定義了21種屬性。

Code屬性

并非所有方法表都有Code屬性，比如接口和抽象類的方法就沒有。結(jié)構(gòu)如下：

字節(jié)碼值得注意的一個(gè)地方是，javac編譯時(shí)將this關(guān)鍵字作為一個(gè)普通方法參數(shù)由JVM調(diào)用時(shí)自動傳入。

Exceptions屬性

描述方法可能拋出的受檢異常。

LineNumberTable屬性

描述Java遠(yuǎn)嗎行號與字節(jié)碼行號之間映射關(guān)系，也就是為什么拋異常的時(shí)候可以顯示源碼哪一行拋出的。

LocalVariableTable屬性

描述棧楨中局部變量表與Java源碼中變量的關(guān)系，以保證編譯后的代碼被其他代碼調(diào)用時(shí)，IDE可以顯示參數(shù)名（否則被arg0、arg1之類的變量名代替）

SourceFile屬性

描述生成當(dāng)前Class文件的源文件名稱，也是拋異常時(shí)可以顯示源文件名字的原因。但內(nèi)部類不會生成這個(gè)屬性。

ConstantValue屬性

static關(guān)鍵字修飾的變量可以使用這個(gè)屬性。對于Sun javac編譯器，final static的變量采用ConstantValue屬性初始化，其他static變量在<clinit>（類構(gòu)造器）中初始化。

InnerClasses屬性

記錄內(nèi)部類和宿主類的關(guān)聯(lián)。內(nèi)部類和宿主類的Class文件都會有這個(gè)屬性。

Signature屬性

記錄泛型簽名信息。Java的泛型是使用擦除式實(shí)現(xiàn)的偽泛型，編譯后擦除泛型，這個(gè)屬性為了彌補(bǔ)此缺陷，方便反射API可以拿到泛型類型。

字節(jié)碼指令

字節(jié)碼指令由一個(gè)字節(jié)的操作碼（代表具體操作）及跟隨其后的0個(gè)或多個(gè)操作數(shù)（操作所需的參數(shù)）組成。JVM大多數(shù)指令不含操作數(shù)只有操作碼。
Class文件放棄了操作數(shù)對齊，因此省略很多填充和分割符，因此體積可以盡量小；缺點(diǎn)是損失一些解析字節(jié)碼的性能。
JVM的指令大多數(shù)包含了操作的數(shù)據(jù)類型信息，但因?yàn)橹挥幸粋€(gè)字節(jié)，也就是說最多只有256種指令，所以不是所有命令對所有數(shù)據(jù)類型都有獨(dú)立的指令（非完全獨(dú)立），同時(shí)提供一些指令將指令不支持類型的操作數(shù)轉(zhuǎn)換為可支持的類型。
JVM的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，舍入模式是最低有效位向下（0）取整。操作溢出時(shí)用有符號的無窮大表示（INF），如果操作結(jié)果沒有明確數(shù)學(xué)意義則得到NaN（非數(shù)字，比如0/0，∞×0之類）