JVM系列:Class文件检验器

左手的ㄟ右手 2022-04-24 09:26 160阅读 0赞

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

![20190420231148430.png][]

**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

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  throws ClassNotFoundException  {  
    
    // First, check if the class has already been loaded  
    
      Class c = findLoadedClass(name);  
    
        if (c == null) {  
    
          try {  
    
            if (parent != null) {  
    
              c = parent.loadClass(name, false);  
    
            } else {  
    
              c = findBootstrapClass0(name);  
    
            }  
    
          } catch (ClassNotFoundException e) {  
    
            // If still not found, then invoke findClass in order  
    
            // to find the class.  
    
            c = findClass(name);  
    
          }  
    
        }  
    
        if (resolve) {  
    
          resolveClass(c);  
    
        }  
    
        return c;  
    
    }

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

来源：[http://blog.csdn.net/yfqnihao/article/details/8258228][http_blog.csdn.net_yfqnihao_article_details_8258228]

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[http_blog.csdn.net_yfqnihao_article_details_8258228]: http://blog.csdn.net/yfqnihao/article/details/8258228