JVM规范系列开篇:为什么要读JVM规范?

许多人知道类加载机制、JVM内存模型,但他们可能不知道什么是《Java虚拟机规范》。对于Java开发来说,《Java虚拟机规范》才是最为官方、准确的一个文档,了解这个规范可以让我们更深入地理解JVM。我们平常说的JVM其实更多说的是HotSpot(HotSpot是JVM规范的一种实现),但我们常常将HotSpot与JVM等同起来。正因对于JVM规范认识的不足,所以我专门准备一个系列的文章,带着大家读一读JVM规范。

在接下来的一系列文章中,我将带着大家一个章节一个章节解读《Java虚拟机规范》。但也因为个人实力原因,无法做好详尽的讲解。所以本系列文章的写作风格是导读。导读的意思是我带着你一起读,遇到一段话,我写下自己的一些想法,与大家分享。导读的缺点就是不成体系,跟着章节走,所以读这个系列的文章不会有深入浅出的感觉。这点大家需要做好心理准备,以免失望。

有时候难免会有纰漏,请大家见谅。也欢迎有兴趣的朋友一起勘误,一起提出不同见解,共同推进JVM学习氛围。

绪论

打开《Java虚拟机规范》目录,我们可以看到规范分为下面几个部分:

  • 第1章 引言
  • 第2章 Java虚拟机结构
  • 第3章 为Java虚拟机编译
  • 第4章 Class文件格式
  • 第5章 加载、链接与初始化
  • 第6章 Java虚拟机指令集
  • 第7章 操作码助记符

第1章 引言

从第1章的目录可以看出,其主要介绍一些历史以及Java虚拟机的基础知识,还有各章节提要,没有什么难度。略过。

第2章 Java虚拟机结构

第2章介绍了Class文件格式、数据类型、原始类型、引用类型、运行时数据区、栈帧、字节码指令等。

在这一部分中,我们比较熟悉的就是运行时数据区了。其实我们习惯性叫Java虚拟机内存模型或内存结构,但在JVM规范中是叫做运行时数据区的。此外栈帧也是非常重要的一个部分,与方法的调用有关。字节码指令则是更加深层次的知识。

此外,数据类型、原始类型、引用类型等也是基础的知识,但用得相对较少。

第3章 为Java虚拟机编译

这一章从名字可以看出,写的是如何编译Java文件的,将Java文件编译为字节码文件,最终提供给Java虚拟机使用。

我们之前提到Java虚拟机其实就是将字节码文件翻译成机器码,所以这里就是编译器把Java源码编译成字节码。但是到底如何编译呢?

  • 算数运算要怎么编译?
  • 常量池如何编译?
  • 方法调用如何编译?
  • ……

这一章解决的就是这个问题。

第4章 Class文件格式

前面提到过JVM的输入物料是字节码文件,也就是Class文件,而不是Java文件。也就是说无论是Java语言,还是php语言,只要你能编译出字节码文件,那JVM就能够运行。

那么我们就知道这个Class文件必定是有统一格式的。而这一章节说的内容就是Class文件的格式构成。之前我们写过一个HelloWorld.java文件,将其编译成字节码文件,然后一个字节一个字节地分析其内容。要能分析字节码文件的内容,首先就得弄清楚Class文件的格式。而这一章就是讲解字节码文件格式的。

这一章节也是非常重要的。

第5章 加载、链接与初始化

Java虚拟机规范其实是递进、非常有节奏的。前面第2章讲了JVM的内存结构,之后将如何将源文件(.java)编译成字节码文件(.class)文件,之后将了字节码文件的格式。那么下一步是什么?

下一步就是把字节码文件加载到内存中运行呀!

没错,第5章说的就是这个内容。

首先是加载。《Java虚拟机规范》在这一章中说明了Java虚拟机将如何启动、如何创建、加载类。

其次是链接(包括验证、准备、解析)。首先会验证,字节码文件加载进来了,那么就必须要验证下这个字节码文件是否写对了,不然随便写一个文件就运行,岂不是乱套了。准备是给变量和对象分配内存。校验完数据格式,那么就要针对字节码内容进行解析了,就是读懂这些字节码数据到底要干嘛。这个过程包括了:类与接口解析、字段解析、普通方法解析等等。

之后是初始化。会运行一些初始化的构造方法,用于初始化数据。

最后运行完毕,Java虚拟机退出。

第6章 Java虚拟机指令集

指令集,其实就是一系列指令的集合。例如我们需要给一个局部变量赋予1这个值,即这个动作:int a = 1; 在我们看来,这很简单,但对于机器来说需要很多个动作。

所以Java虚拟机指令集就是将这些常用的动作集中起来,定义成一系列指令,方便我么能使用。

总结

《Java虚拟机规范》是最官方的标杆,弄懂它之后,你不会再为网上乱七八糟的资料烦恼,因为这里就是最标准的。但对于初学者来说,看JVM规范实在是枯燥难懂。所以如果你是初学者,看了这个系列的文章觉得很难懂,也不要气馁,因为着很正常。作者也是经过了三四年的不断理解和修正,才慢慢弄懂这些东西。

有时候写这个系列,我也经常质问自己:你自己水平还不够,如果写出一些不准确的东西,岂不是误人子弟。这个想法在我心中存在了许久,总是觉得要到达很高的水平才可以做这么一件事情。但后来我想:做一件事情,更重要的是你有多想去做,你希望创造价值的信念有多强,而不是你有多强。有些人很强,但他们却不分享了。而有些人,即使他们理解不是那么深刻,但他们乐于分享,却帮助了不少的人。

对于学习者的你们也是如此。学习JVM不是你需要对它的认识和理解有多深,而是你有多想学。来吧,和我一起一起进入JVM的海洋,一起学习吧!

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posted @ 2018-12-19 20:01 陈树义 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏