1概述
众所周知,Java支持平台无关性、安全性和网络移动性,而Java平台由Java虚拟机和Java核心类所构成,它为纯Java程序提供了统一的编程接口,而不管下层操作系统是什么。正是得益于Java虚拟机,它号称的“一次编译,到处运行”才能有所保障。
1.1 Java程序执行流程
Java程序的执行依赖于编译环境和运行环境。源码代码转变成可执行的机器代码,由下面的流程完成:
Java技术的核心就是Java虚拟机,因为所有的Java程序都在虚拟机上运行. Java程序的运行需要Java虚拟机,Java API和Java类文件的配合. Java虚拟机实例负责运行一个Java程序。当启动一个Java程序时,一个虚拟机实例就诞生了。当程序结束,这个虚拟机实例也就消亡。
Java的跨平台特性,因为它有针对不同平台的虚拟机。
1.2 Java虚拟机
Java虚拟机的主要任务是装载类文件并且执行其中的字节码。由下图可以看的出,Java虚拟机包含一个类装载器(类装入器),它可以从程序和API中装载类文件,Java API中只有程序执行时需要的类才会被装载,字节码由执行引擎来执行。
当Java虚拟机由主机操作系统上的软件实现时,Java程序通过调用本地方法和主机进行交互. Java方法由Java语言编写,编译成字节码,存储在类文件中。本地方法由C/c++/汇编语言编写,编译成和处理器相关的机器代码,存储在动态链接库中,格式是各个平台专有。所以本地方法是联系Java程序和底层主机操作系统的连接方式。
由于Java虚拟机并不知道某个类文件是如何被创建的,是否被篡改一无所知,所以它实现了一个类文件检测器,确保类文件中定义的类型可以安全地使用. class文件检验器通过四趟独立的扫描来保证程序的健壮性:
类文件的结构检查
类型数据的语义检查
字节码验证
符号引用验证
Java虚拟机在执行字节码时还进行其它的一些内置的安全机制的操作,他们作为Java编程语言保证Java程序健壮性的特性,同时也是Java虚拟机的特性:
类型安全的引用转换
结构化的内存访问
自动垃圾收集
数组边界检查
空引用检查
1.3 Java虚拟机数据类型
Java虚拟机通过某些数据类型来执行计算。数据类型可以分为两种:基本类型和引用类型,如下图:
但布尔有点特别,当编译器把Java源码编译为字节码时,它会用int或字节表示布尔。在Java虚拟机中,错误是由0表示,而真正的则由所有非零整数表示。和Java语言一样,Java虚拟机的基本类型的值域在任何地方都是一致的,不管主机平台是什么,一个长在任何虚拟机中总是一个64位二进制补码的有符号整数。
对于returnAddress,这个基本类型被用来实现Java程序中最后的子句,Java程序员不能使用这个类型,它的值指向一条虚拟机指令的操作码。
2体系结构
在Java虚拟机规范中,一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统,内存区,数据类型和指令来描述的,这些组成部分一起展示了抽象的虚拟机的内部体系结构。
2.1类文件
Java类文件包含了关于类或接口的所有信息. class文件的“基本类型”如下:
u1 1个字节,无符号类型
u2 2个字节,无符号类型
u4 4个字节,无符号类型
与8个字节,无符号类型
如果想了解更多,甲骨文的JVM SE7给出了官方规范:Java ?虚拟机规范
类文件包含的内容:
类文件{
u4魔法;//魔数:0 xcafebabe开头,用来判断是否是Java类文件
u2 minor_version;//次版本号
u2 major_version;//主版本号
u2 constant_pool_count;//常量池大小
cp_info constant_pool [constant_pool_count-1];//常量池
u2 access_flags;//类和接口层次的访问标志(通过|运算得到)
u2 this_class;//类索引(指向常量池中的类常量)
u2 super_class;//父类索引(指向常量池中的类常量)Java虚拟机体系结构
