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从‘零’学JAVA（一）——简析Hello Java

JAVA JVM 文件执行

2023-03-02 11:48:39 时间

## 一、引言 ##

众所周知，在计算机的世界里，唯一能被识别的只有0与1这样的二进制文件。但是利用二进制来与计算机打交道，是非常麻烦的一件事，于是一代代程序员总结出两种可行方案来以简洁，易懂的编程语言驱使计算机。第一种方案，解释执行：和同声翻译一个原理，对于源代码，提交一行，解释器则解释一行；第二种方案，编译执行：和著作译本类似，先将整个源代码编译为硬件可执行语言，再提交。而我们的java语言则介于二者之间，属于先编译再解释，通过jvm,从java编译为class文件，再解释为机器码。

那么class文件结构怎样？class文件又是怎么加载到jvm，接下来我们将以Hello Java为案列，逐一分析。

## 二、案列呈现 ##

**HelloJava:**

package com.syr.test;
    
    /**
     * @author sunyiran
     * @createTime 2019-04-03 22:01
     */
    public class HelloJava implements HelloJavaInterface {
    
        private static final String HELLO_JAVA = "Hello Java";
    
        @Override
        public String getContent() {
            return HELLO_JAVA;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(new HelloJava().getContent());
        }
    
    }

先编译：Javac HelloJava.java,再解释执行：java HelloJava

OK，显示成功：

![2019040609021394.png][]

## 三、基础知识准备 ##

### 3.1 安装classpy ###

第一步：在本地，git clone [https://github.com/zxh0/classpy][https_github.com_zxh0_classpy]

第二步：安装gradle,[https://jingyan.baidu.com/article/00a07f38706f0b82d028dcf3.html][https_jingyan.baidu.com_article_00a07f38706f0b82d028dcf3.html]

第三步：进入classpy安装目录，执行gradlew run

出现如下结果，则OK

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### 3.2 查看Hello Java的class结构 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

### 3.3 class结构基础 ###

Class文件是一组以8个字节为基本单位的二进制文件，每项数据组以严格顺序排列，中间不包含任何分隔符和占位符。Class文件格式采用类C的伪代码结构，它主要有无符号数和表两种数组结构。

无符号数，按值大小，分为1字节（u1）,2字节（u2）,3字节（u3），4字节（u4）四种。无符号数从内容上说，可以理解为一个个键值对，但是实质上在class中只存有它的值，内容区分主要依靠严格的顺序结构。

表，是多个无符号数和其他表组成，如同java中的Map,其值可以是Map，是具有层次关系的复合结构。

在3.2中，左侧所描述的结构，从上往下分析：

**magic:**魔数，是class文件的类型标识符，u4类型，其值cafebaby(咖啡宝贝)为定值。

**minor\_version:**是class文件的次版本号，u2类型，与主版本号，共同确保jvm对于不同的jdk能向下兼容执行。

**major\_version**:是class文件的主版本号，u2类型，这里为52=3\*16+4。

**constant\_pool\_count:**引用的常量数目，u2类型，从1开始计数。

**constant\_pool:**引用常量详情，表结构，每个数据项，都有tag，依靠tag和constant\_pool\_count来确定需要多少字节来描述常量引用详情。

**access\_flags:**访问权限标识符，u2类型,ACC\_PUBLIC表示public权限。

**this\_class:**class文件地址，u2类型，为包名中/代替.再加上/类名。

**supper\_class:**父类class文件地址，u2类型，默认为Object。

**interfaces\_count:**实现的接口数目，u2类型。

**interfaces:**接口详情。

**fields\_count:**类中字段属性数目，u2类型。

**fields:**属性详情。

**methods\_count:**方法数目，u2类型。

**methods:**方法详情，<init>代表构造方法。

**attributes\_count:**类的基本元信息数目，u2类型

**attributes:**类的元信息。

### 3.4 Class的加载过程 ###

一个class对象，它的整个生命周期分为：加载，验证，准备，解析，初始化，使用，卸载，共七个阶段，其中前五个阶段为class的加载过程。

加载，是以双亲委派模式根据class文件全路径读取进jvm；验证，是判断文件是否为class类型，是否jvm能兼容运行等；准备，为类的静态变量分配空间，并赋予初始值（非指定值）；解析，将常量池符号引用解析为直接引用；初始化，为静态变量赋予指定值，如果是静态代码块，则直接执行。

### 3.5 JVM内存分配 ###

JVM内存主要分为虚拟机栈，本地方法栈，方法区，堆，程序计数器，其中堆和方法区为所有线程共享。程序计数器，用来表示当前对象运行行数；本地方法栈，指向本地native方法；方法区，存有静态变量，常量信息，类信息等元数据（虚拟机并未规定一定存在方法区，jdk1.8后元数据放入了堆内存的元空间）；堆，存放创建的对象；虚拟机栈，存线程运行时的临时变量。

# 四、Hello Java完整解析 #

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

[2019040609021394.png]: /images/20220223/1e5f2c0b4b5a48b89b6aa81617307118.png
[https_github.com_zxh0_classpy]: https://github.com/zxh0/classpy
[https_jingyan.baidu.com_article_00a07f38706f0b82d028dcf3.html]: https://jingyan.baidu.com/article/00a07f38706f0b82d028dcf3.html
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220223/aca33a3c20954215bc162c37d3a0b57e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190406095604475.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz,size_16,color_FFFFFF,t_70
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1ODEzNjUz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220223/864144009a4b43fa81f24099b2ab4fde.png

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