java之jvm学习笔记三(Class文件检验器)

java之jvm学习笔记三(Class文件检验器)

前面的学习我们知道了class文件被类装载器所装载，但是在装载class文件之前或之后，class文件实际上还需要被校验，这就是今天的学习主题，class文件校验器。

class文件 校验器，保证class文件内容有正确的内部结构，java虚拟机的class文件检验器在字节码执行之前对文件进行校验，而不是在执行中进行校验
class文件校验器要进行四趟独立的扫描来完成校验工作

class文件校验器分成四趟独立的扫描来完成校验。

第一趟

在装载字节序列的时候进行，这个是校验class文件的结构的合法性，比如你使用
windowns下的copy命令去合并一个.class文件和一个jpg文件的时候，在装载这个class文件的时候jvm会发现这个class文件被
删改过，文件的长度也不正确，而抛出异常！
所以这次校验是发生在二进制数据上，

第二趟

扫描发生在方法区中，主要对于，语义，词法和语法的分析，也就是检查这个类是否能够顺利的编译！

第三趟

字节码校验
在这一趟的校验中涉及两个比较不好理解的概念，第一个是字节码流，第二个是栈帧.
执行字节码时，一次执行操作码，java虚拟机内构成了执行线程，而每个线程会有自己的java栈就是我们说的栈帧。每一个方法都有一个栈帧。
如果学过汇编的人理解这两个概念会容易一点
字节码流=操作码+操作数，在这里可以看做汇编里的伪指令+操作数，因为这里的操作码实际上就是给jvm识别的“汇编伪指令”，而操作数的概念和汇编里的除了数据类型，并没有多大的差异
重点来看一下栈帧，栈帧其实也很好理解，栈帧里有局部变量栈和操作数栈，这两块内存就是放数据的时机不同，操作数栈就是用来存放字节码指令执行的中间结果，结果或操作数，而局部变量区，就是用来存局部变量形参等，这个很好理解
这个字节码的校验过程校验的就是字节码流的合法过程，也就是校验操作数+操作码的合法性。

而java的class
文件编码我们之所以称之为字节码，是因为每调条操作指令都只占一个字节，除了两个例外情况，所有的操作码和他们的操作数按字节对齐，这使得字节流在传输的
时候跟小，更有优势，这两个例外是这样一些操作码，在操作码和他们的操作数之间会天上一至三个字节，以便操作数都按字节对齐。

下面是一个图，描述了栈帧的结构

第四趟

符号引用的校验
由于大部分jvm的实现都是延迟加载或者说动态链接的，延迟加载的意思就是，jvm装载某个类A时，如果A类里有引用其他的类B，虚拟机并不会把这个被引用B类也同时装载入内存，而是等到执行到的时候才去装载。
而这个被引用的B类在引用它的类A中的表现形式主要被登记在了符号表中，而第四趟的这个过程就是当需要用到被引用类B的时候，将被引用类B在引用类A的符号引用名改为内存里的直接引用
所以第四趟发生的时间是不可预料的，而且发生在方法区中。总个这个过程称之为动态连接
可以简单的划分为两步
1.查找被引用的类（有必要的话就加载它）
2.将符号引用替换为直接引用，例如一个指向类、字段或方法的指针,下次再需要用到被引用类的时候直接运用直接引用，不需要再去装载。

这个过程其实在ClassLoader类中的loadClass中就可以发现它的痕迹。我们先贴出loadClass这个方法实现，然后简要的做一下分析

1. protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
2. throws ClassNotFoundException
3. {
4. // First, check if the class has already been loaded
5. Class c = findLoadedClass(name);
6. if (c == null) {
7. try {
8. if (parent != null) {
9. c = parent.loadClass(name, false);
10. } else {
11. c = findBootstrapClass0(name);
12. }
13. } catch (ClassNotFoundException e) {
14. // If still not found, then invoke findClass in order
15. // to find the class.
16. c = findClass(name);
17. }
18. }
19. if (resolve) {
20. resolveClass(c);
21. }
22. return c;
23. }

loadClass有两个参数，第一个参数是类的全限定名，第二个参数就是我们要说的重点，这个参数为true的时候表示，loadClass方法
会执行resolveClass的方法，这个方法就是将类中的符号引用替换为直接引用。最终调用的方法是一个本地方法 resolveClass0。

这里还有一点需要注意，Class.forName这个静态的方法我们也常用来加载class文件的字节码，那它和classLoader有什么区别？

区别就在于是否执行resolveClass这个方法，Class.forName总是承诺将符号连接进行连接和初始化，而loadClass没有这样的承诺。

总结：

第一趟扫描，在类被装载时进行，校验class文件的内部结构，保证能够被正常安全的编译
第二趟和第三趟在连接的过程中进行，这两趟基本上是语法校验，词法校验
第四趟是解析符号引用和直接引用时进行的，这次校验确认被引用的类，字段以及方法确实存在