3.JVM之class文件校验器

素颜马尾好姑娘i 2022-09-23 12:55 136阅读 0赞

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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添上一至三个字节，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

![1354643735_1119.jpg][]

**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

**\[java\]**  [view plain][]   [copy][view plain]

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，用到时才会调用！！！！。**  
  
**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（.class有无change）  
**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

**writed by：keycoding**

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