JVM基石：class文件

Java是夸平台的语言，JVM是夸语言的平台。JVM能够成为夸语言的平台与字节码是息息相关的。

字节码文件的跨平台性

Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定，它只与“class”文件这种特定的二进制文件格式所关联。无论是使用哪种语言进行开发，只要能将源文件编译为正确的class文件，那么这种语言就可以在Java虚拟机上执行。可以说，统一而强大的Class文件结构就是Java虚拟机的基石、桥梁。

虽然JVM的家族庞大，但是所有的JVM全部遵循Java虚拟机规范 (opens new window)，也就是说所有的JVM都可以加载符合JVM规范的字节码文件。而我们知道要想让一个Java程序正确地运行在JVM中，Java源码就必须被编译为符合JVM规范的字节码。

一般Java源码的编译过程如下：

• 前端编译器将符合Java语法规范的Java代码转换为符合JVM规范的字节码文件。
• javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。编译过程主要包含了四个步骤：词法解析、语法解析、语义解析以及生成字节码。

Java的前端编译器

在学习了JVM的解释引擎之后，就知道我们通常说的“编译代码”，其实指的是前端编译器，也就是编译源代码生成字节码的阶段。而解释引擎的JIT编译器我们通常称为后端编译器，我们所指的编译期优化一般是指JIT运行时所做的优化。

HotSpot VM并没有强制要求前端编译器只能用javac来编译字节码，其实只要编译结果符合JVM规范都可以被JVM所识别。在Java的前端编译器领域，除了javac之外，还有一种经常被大家用到的前端编译器，那就是内置代Eclipse的ECJ（Eclipse Complier for Java）编译器，和javac全量编译方式不同，ECJ是一种增量式编译器。

• 在Eclipse中，当开发人员编写完代码后，用“Ctrl + S” 快捷键时，ECJ编译器采取的编译方案是把未编译部分的源码逐行进行编译，而非每次都全量编译。因此ECJ编译器效率会比javac编译更加迅速和高效，当然编译质量和javac相比大致是一样的。

  ECJ编译器不仅是Eclipse的默认内置前端编译器，在Tomcat中同样也是使用ECJ编译器来编译JSP文件。由于ECJ编译器是采用GPLv2的开源协议进行源代码公开，所以，大家可以登录Eclipse官方下载ECJ编译器的源码进行二次开发。

• 默认情况下，IntelliJ IDEA使用的是javac编译器。（可以自己设置为AspectJ编译器，ajc）

代码细节-字节码

字节码有时候也是面试可能会问到的，因为很多时候可以通过对字节码的阅读，了解Java代码底层的执行操作，例如自动装箱拆箱、字符串细节、类加载变量初始化等等细节。

BAT面试题

类文件结构有哪几个部分

知道字节码吗？字节码有哪些？Integer x = 5； int y = 5； 比较x == y都经过那些步骤？

自动装箱拆箱

Integer x = 5;
int y = 5;
System.out.println(x == y);

字节码：

 0 iconst_5
 1 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
 4 astore_1
 5 iconst_5
 6 istore_2
 7 getstatic #3 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
10 aload_1
11 invokevirtual #4 <java/lang/Integer.intValue : ()I> 
14 iload_2
15 if_icmpne 22 (+7)
18 iconst_1
19 goto 23 (+4)
22 iconst_0
23 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println : (Z)V>
26 return

字符串细节

public static void main(String[] args) {
    String str = new String("hello") + new String("world");
    String str1 = "helloworld";
    System.out.println(str == str1);
}

字节码，执行原因可阅读StringTable：

 0 new #2 <java/lang/StringBuilder>
 3 dup
 4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init> : ()V>
 7 new #4 <java/lang/String>
10 dup
11 ldc #5 <hello>
13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init> : (Ljava/lang/String;)V>
16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append : (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;>
19 new #4 <java/lang/String>
22 dup
23 ldc #8 <world>
25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init> : (Ljava/lang/String;)V>
28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append : (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;>
31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString : ()Ljava/lang/String;>
34 astore_1
35 ldc #10 <helloworld>
37 astore_2
38 getstatic #11 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
41 aload_1
42 aload_2
43 if_acmpne 50 (+7)
46 iconst_1
47 goto 51 (+4)
50 iconst_0
51 invokevirtual #12 <java/io/PrintStream.println : (Z)V>
54 return

反解析class文件

Java源代码经过前端编译器后生成的字节码文件是一种二进制的类文件，它的内容是JVM指令（又称字节码指令，例如上面的例子），而不像C、C++经由编译器直接生成机器码。

• 字节码指令（byte code）：Java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表某种特定操作含义的操作码（opcode）以及跟随其后的零个或多个代表此操作所需的操作数（operand）所构成。虚拟机中许多指令并不包含操作数，只有一个操作码。
• 简单来说，字节码指令 = 操作码 [操作数]

通常有三种方式放解析class文件二进制字节码：

• 人工解析：使用文本编辑器打开，或者工具打开，根据一个个二进制去看，例如，Notepad++安装HEX-Editor插件、Binary Viewer。
• 使用javap指令：JDK自带的反解析工具。
• IDEA插件 jclasslib 或 jclasslib bytecode viewer客户端工具。