JVM真香系列：Java文件到.Class文件

什么是JVM

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JVM 全称 Java Virtual Machine，也就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它能识别 .class后缀的文件，并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，完成我们想要的操作。

可能有部分小伙伴学习过C++，C++开发出来的程序，编译成二进制文件后，就可以直接执行了，操作系统是能够识别的。

但是咱们开的的Java程序就不一样了，使用javac命令编译出来的的.class文件之后，操作系统是不能识别的，需要对应JVM去做一个转换后，操作系统才能识别。

我们为什么不能像 C++ 一样，直接在操作系统上运行编译后的二进制文件呢?而非要搞一个处于程序与操作系统中间层的虚拟机呢?

这就是 JVM的过人之处了。大家都知道，Java 是一门抽象程度特别高的语言，提供了自动内存管理等一系列的特性。这些特性直接在操作系统上实现是不太可能的，所以就需要JVM 进行做一系列的转换。

大家一开始学Java的时候，就知道有个Write Once, Run Everywhere。就是我们编写了一个java文件经过编译成.class文件后，可以在各种系统中进行运行。

其实这里是有个前提的，我们需要在对应操作系统中安装对应的JVM，然后我们的.class文件就能运行了。

比如：Windows操作系统有对应的JDK安装版本、Linux也有对应的JDK安装版本等。

认识JDK

Java Development Kit (JDK) 是Sun公司(已被Oracle收购)针对Java开发员的软件开发工具包。自从Java推出以来，JDK已经成为使用最广泛的Java SDK(Software development kit)。

经非官方调查，目前JDK8是使用者最多的版本。

JDK14将在4月和7月收到安全更新，然后由9月到期的非LTS版本的JDK 15取代。JDK14包括16项新功能，例如JDK Flight Recorder事件流，模式匹配和开关表达式等特征。

从JDK9之后，Oracle采用了新的发布周期：每6个月发布一个版本，每3年发布一个LTS版本。JDK14是继JDK9之后发布的第四个版本，该版本为非LTS版本，最新的LTS版本为JDK11。

下面是JDK版本情况

这个混个眼熟就行，随时关注JDK版本更新和新特性。

官网地址：https://www.oracle.com/java/

关于JDK安装这里就省略。

JDK、JRE、JVM的关系

上面已经说过JDK和JVM的相关概念，

JRE全程Java Runtime Environment，是运行基于Java语言编写的程序所不可缺少的运行环境。也是通过它，Java的开发者才得以将自己开发的程序发布到用户手中，让用户使用。

三者到底是什么关系呢?

关于三者关系请看官网

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/index.html

JDK中包含JRE，也包括JDK，而JRE也包括JDK。范围关系：JDK>JRE>JVM

".java"文件到".class"文件

`javac`命令

编写一个HelloWorld.java文件

内容就是一个Java入门

 
 
 
 
  
  
  
  public class HelloWorld { 
  
  
  
      public static void main(String[] args) { 
  
  
  
          System.out.println("Hello world"); 
  
  
  
      } 
  
  
  
  }

打开CMD，进入当前目录，使用命令

 
 
 
 
  
  
  
  javac HelloWorld.java

就编译出HelloWorld.class

编译过程

这个javac命令过程到底干了些什么呢?

javac背后大致做了这些操作

这个流程

1、词法分析

读取源代码，一个字节一个字节的读取，找出其中我们定义好的关键字(如Java中的if、else、for、while等关键词，识别哪些if是合法的关键词，哪些不是)，这就是词法分析器进行词法分析的过程，其结果是从源代码中找出规范化的Token流。

2、语法分析

通过语法分析器对词法分析后Token流进行语法分析，这一步检查这些关键字组合再一次是否符合Java语言规范(如在if后面是不是紧跟着一个布尔判断表达式)，词法分析的结果是形成一个符合Java语言规范的抽象语法树。

3、语义分析

通过语义分析器进行语义分析。语音分析主要是将一些难懂的、复杂的语法转化成更加简单的语法，结果形成最简单的语法(如将foreach转换成for循环，好有注解等)，最后形成一个注解过后的抽象语法树，这个语法树更为接近目标语言的语法规则。

4、生成字节码

通过字节码生产器生成字节码，根据经过注解的语法抽象树生成字节码，也就是将一个数据结构转化为另一个数据结构。最后生成我们想要的.class文件。

使用十六进制查看class文件内容

我只用的是Notepad++，选中文本→插件→Converter→ASCII->HEX

class文件的开头就是

CAFEBABE

想要学习这里的十六进制的字节码的含义可以参考

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html

javap查看class文件内容

javap是 Java class文件分解器，可以反编译(即对javac编译的文件进行反编译)，也可以查看java编译器生成的字节码。

新建一个User.java源文件，经过javac编译后，生成User.classs。

 
 
 
 
  
  
  
  package com.tian.demo.test; 
  
  
  
   
  
  
  
  public class User { 
  
  
  
      private int age = 22; 
  
  
  
      private String name = "tian"; 
  
  
  
   
  
  
  
      public int addAge() { 
  
  
  
          return age = age + 1; 
  
  
  
      } 
  
  
  
   
  
  
  
      public static void main(String[] args) { 
  
  
  
   
  
  
  
      } 
  
  
  
  }

使用javap命令

 
 
 
 
  
  
  
  javap -v User.class >log.txt

打开log.txt

 
 
 
 
  
  
  
  Classfile /D:/workspace/new/demo/src/main/java/com/tian/demo/test/User.class 
  
  
  
    Last modified 2020-11-5; size 441 bytes 
  
  
  
    MD5 checksum 2fa72d3f53bd9f138e0bfae82aba67e3 
  
  
  
    Compiled from "User.java" 
  
  
  
  public class com.tian.demo.test.User 
  
  
  
    minor version: 0 
  
  
  
    major version: 52 
  
  
  
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER 
  
  
  
  Constant pool: 
  
  
  
     #1 = Methodref          #6.#21         // java/lang/Object."":()V 
  
  
  
     #2 = Fieldref           #5.#22         // com/tian/demo/test/User.age:I 
  
  
  
     #3 = String             #23            // tian 
  
  
  
     #4 = Fieldref           #5.#24         // com/tian/demo/test/User.name:Ljava/lang/String; 
  
  
  
     #5 = Class              #25            // com/tian/demo/test/User 
  
  
  
     #6 = Class              #26            // java/lang/Object 
  
  
  
     #7 = Utf8               age 
  
  
  
     #8 = Utf8               I 
  
  
  
     #9 = Utf8               name 
  
  
  
    #10 = Utf8               Ljava/lang/String; 
  
  
  
    #11 = Utf8                
  
  
  
    #12 = Utf8               ()V 
  
  
  
    #13 = Utf8               Code 
  
  
  
    #14 = Utf8               LineNumberTable 
  
  
  
    #15 = Utf8               addAge 
  
  
  
    #16 = Utf8               ()I 
  
  
  
    #17 = Utf8               main 
  
  
  
    #18 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V 
  
  
  
    #19 = Utf8               SourceFile 
  
  
  
    #20 = Utf8               User.java 
  
  
  
    #21 = NameAndType        #11:#12        // "":()V 
  
  
  
    #22 = NameAndType        #7:#8          // age:I 
  
  
  
    #23 = Utf8               tian 
  
  
  
    #24 = NameAndType        #9:#10         // name:Ljava/lang/String; 
  
  
  
    #25 = Utf8               com/tian/demo/test/User 
  
  
  
    #26 = Utf8               java/lang/Object 
  
  
  
  { 
  
  
  
    public com.tian.demo.test.User(); 
  
  
  
      descriptor: ()V 
  
  
  
      flags: ACC_PUBLIC 
  
  
  
      Code: 
  
  
  
        stack=2, locals=1, args_size=1 
  
  
  
           0: aload_0 
  
  
  
           1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V 
  
  
  
           4: aload_0 
  
  
  
           5: bipush        22 
  
  
  
           7: putfield      #2                  // Field age:I 
  
  
  
          10: aload_0 
  
  
  
          11: ldc           #3                  // String tian 
  
  
  
          13: putfield      #4                  // Field name:Ljava/lang/String; 
  
  
  
          16: return 
  
  
  
        LineNumberTable: 
  
  
  
          line 3: 0 
  
  
  
          line 4: 4 
  
  
  
          line 5: 10 
  
  
  
   
  
  
  
    public int addAge(); 
  
  
  
      descriptor: ()I 
  
  
  
      flags: ACC_PUBLIC 
  
  
  
      Code: 
  
  
  
        stack=3, locals=1, args_size=1 
  
  
  
           0: aload_0 
  
  
  
           1: aload_0 
  
  
  
           2: getfield      #2                  // Field age:I 
  
  
  
           5: iconst_1 
  
  
  
           6: iadd 
  
  
  
           7: dup_x1 
  
  
  
           8: putfield      #2                  // Field age:I 
  
  
  
          11: ireturn 
  
  
  
        LineNumberTable: 
  
  
  
          line 8: 0 
  
  
  
   
  
  
  
    public static void main(java.lang.String[]); 
  
  
  
      descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 
  
  
  
      flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 
  
  
  
      Code: 
  
  
  
        stack=0, locals=1, args_size=1 
  
  
  
           0: return 
  
  
  
        LineNumberTable: 
  
  
  
          line 13: 0 
  
  
  
  } 
  
  
  
  SourceFile: "User.java"

魔数与class文件版本
常量池
访问标志
类索引、父类索引、接口索引
字段表集合
方法表集合
属性表集合

然后JVM就可以读取这个User.class文件进行解析等一系列的操作。

以上就是我们的Java文件到class文件。

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