JVM 真香系列：.java 文件到.class 文件

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发布于: 2020 年 11 月 06 日
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认识JVM﻿什么是JVMJVM 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JDKJava 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
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".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");
    }
}
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打开CMD，进入当前目录，使用命令
javac HelloWorld.java
就编译出HelloWorld.class
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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
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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;
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public class User {
    private int age = 22;
    private String name = "tian";
﻿
    public int addAge() {
        return age = age + 1;
    }
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    public static void main(String[] args) {
﻿
    }
}
﻿
﻿
使用javap命令
javap -v User.class >log.txt
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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."<init>":()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               <init>
  #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        // "<init>":()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."<init>":()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"
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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。
后续还会更新一系列JVM相关文章，敬请期待~
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