HotSpot虚拟机之Class文件及字节码指令

目录

一、javac编译

1. 编译过程

2. 语法糖 

二、Class文件

1. 文件格式 

2. 常量池项目

3.  属性类型

三、Class文件实例

1. 源代码

2. javap分析Class文件

四、字节码指令

五、参考资料

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一、javac编译

1. 编译过程

        javac命令由Java语言编写，目的将Java源码转变成字节码（只完成源码到抽象语法树或字节码的生成），JDK12源码其运行入口是com.sun.tools.javac.Main#main。javac主体代码如下图所示。com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler#compile核心方法。

        javac编译过程：一个准备（初始化插入式注解处理器）；三个处理（解析与填充符号表、处理注解处理器、语义分析与字节码生成），如下图所示。

        需要注意的是：生成()、()方法在编译期完成；Lombok操作通过插入式注解处理器完成对字段的getter()和setter()方法。

2. 语法糖 

二、Class文件

1. 文件格式 

        Class文件是字节为单位的二进制流，有两种数据类型：无符号数、表，如下图所示。Class文件不保存方法、字段最终的内存布局信息，JVM运行期才能找到内存入口地址。

        Class文件格式如下表所示，主要有：常量池、字段表、方法表、属性表等。Class文件可以使用十六进制编辑器WinHex打开。注意：常量池（constant_pool）的数量是constant_pool_count减1，若为0说明“不引用任何常量池项目”；而其他表从0开始计数。

数据类型	名称	数量	作用及特点
u4	magic	1	1.魔数：确定文件是否是Class文件； 2.固定值：0xCAFEBABE。
u2	minnor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	1.主版本号； 2.JDK向前兼容老版本，则不能向后兼容新版本。
u2	constant_pool_count	1	1.常量池容量计数数量； 2.索引从1开始，其他表从0开始； 3.若为0，则说明“不引用任何常量池项目”。
cp_info	constant_pool	constant_pool_count  - 1	1.常量池，有两大类常量：字面量、符号引用； 2.有17种不同类型常量，如：    CONSTANT_Utf8_info、      CONSTANT_Class_info、    CONSTANT_Fieldref_info、       CONSTANT_Methodref_info、......
u2	access_flags	1	1.类或接口的访问修饰符； 2.如：ACC_PUBLIC（是否为public修饰）。
u2	this_class	1	类索引：当前类的全限定名
u2	super_class	1	1.父类索引：当前类的父类的全限定名； 2.除java.lang.Object外，所有类的父类值都不为0。
u2	interfaces_count	1	1.接口索引的数量； 2.没有实现任何接口时，该值为0。
u2	interfaces	interfaces_count	1.接口索引：当前类的所有接口的全限定名； 2.接口从左往右的顺序在该表中。
u2	fields_count	1	类或接口的字段数量
field_info	fields	fields_count	1.类或接口的字段（实例变量，类变量）； 2.不包括：方法内局部变量； 3.内容有：修饰符、在常量池中索引、简单名称、描述符、属性表（attribute_info）; 4.“描述符”：字段的数据类型、方法的参数列表及返回值； 5.不会列出父类或接口的字段； 6.可能含有JVM自动生成的字段，如：this字段。
u2	methods_count	1	类或接口的方法数量
method_info	methods	methods_count	1.类或接口的方法（实例方法，类方法）； 2.内容有：修饰符、在常量池中索引、简单名称、描述符、属性表（attribute_info的Code）; 3.“描述符”：字段的数据类型、方法的参数列表及返回值； 4.不会列出父类或接口的方法（重写除外）； 5.可能含有JVM自动生成的方法，如：()、()方法。
u2	attributes_count	1	属性表数量
attribute_info	attributes	attributes_count	1.Class文件、字段、方法都有自己的属性； 2.属性只要不重名，任何编译器都可以添加自己的属性信息。

2. 常量池项目

        常量池有两大类常量：字面量、符号引用。当类加载时，从常量池获得对应的符号引用，再在类创建或运行解析时，翻译到具体的内存地址中。如下表所示是17种不同类型的常量。

        “描述符”作用是描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括：数量、类型、顺序）、返回值。数组类型，每一个维度用前置的“[”标识，如：void inc(int[ ] ints)其描述符为([I)V。下表所示是描述符标识字符含义。

3.  属性类型

        Class文件、字段、方法都有自己的属性，这些属性存储到属性表（attribute_info），《Java虚拟机规范》允许属性只要不重名，任何编译器都可以添加自己的属性信息。

        如下表所示是常用属性介绍，其中整个Class文件中，只有Code属性描述方法体的代码，其他所有数据项目都是描述元数据。

常用属性	使用位置	含义
Code	方法表	1.作用：描述方法体代码，注意：不是所有方法都有Code属性，如：接口、抽象类的方法等； 2.Code属性表中常用参数：   max_stack：操作数栈的最大深度；   max_locals：局部变量表的最大slot数量（不是空间大小）；   args_size：方法的参数数量，注意：若实例方法，则有this参数；   code：方法体的字节码指令流；   .....
LineNumberTable	Code属性	1.源码行号与字节码指令行的对应关系； 2.字节码指令的“行”：是相对于方法体开始的偏移量。
LocalVariableTable	Code属性	1.方法的局部变量描述； 2.注意：若实例方法，则有this参数； 3.结构中：start_pc（变量开始的字节码偏移量） + length（长度）决定变量的作用域。
StackMapTable	Code属性	1.目的：类加载时字节码验证阶段进行类型检查（新类型检查器）； 2.含义：0或多个栈映射帧（代表字节码偏移量），即：执行到该字节码时局部变量表和操作数栈的验证类型。
ConstantValue	字段表	1.常量值：为static修饰的变量赋值的值； 2.常量值只能是：基本数据类型、String。
Exceptions	方法表	方法抛出的异常列表
InnerClasses	类文件	内部类列表
Signature	类、方法表、 字段表	1.记录泛型签名信息，如：类型变量、类型参数等； 2.反射API就是根据这个属性来获取泛型信息。
MethodParameters	方法表	记录方法的各个形参和信息
Synthetic	类、方法表、 字段表	1.标识方法或字段是编译器自动生成，至少有Synthetic或ACC_SYNTHETIC一个; 2.如：实例构造器()、类构造器();
其他：Deprecated(含有@Deprecated)、EnclosingMethod（含有局部类或匿名类）、            RuntimeVisibleAnnotations（运行时可见的注解，反射可调用）、SourceFile（记录源文件名称）、            RuntimeInvisibleAnnotations（运行时不可见的注解，反射不可调用）、            AnnotationDefault（含有注解类元素默认值）、Modlue（记录模块信息）、            BootstrapMethods（保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符）、            ......

三、Class文件实例

1. 源代码

        如下代码，用javac编译成Class文件。

package com.common.instance.demo.core.serviceLevel;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.log.util.LogUtil;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @description 一级业务线程池处理业务
 * @author tcm
 * @version 1.0.0
 * @date 2021/9/29 16:01
 **/
@Component
public class OneLevelAsyncContext implements InitializingBean {

    private final String URI = "uri";
    private final String PARAMS = "params";

    private AsyncListener asyncListener;
    private LinkedBlockingDeque queue;
    private ThreadPoolExecutor executor;

    public Object submitFuture(final HttpServletRequest request, final Callable