Java虚拟机的研究与实现

　　图2 本实现的主要框架

　　1、类装载、连接及初始化

　　类文件包括:魔数(magic)，次、主版本号，常量池，类或接口访问修饰符，常量池索引(this_class和super_class)，接口表，域表，方法表，类或接口的属性信息。其中最复杂的内容是常量池，它类似于传统语言编译过程中用到的符号表。

　　从原始的class文件到可以被Java虚拟机执行的内部数据格式，需要经过装载、连接和初始化这3个阶段。

　　装载是将class文件通过类装载器装载到在逻辑上被称为方法区的内存单元中的过程。

　　连接又分为三个步骤:验证，准备和解析。验证是对字节码的验证，可根据具体情况来确定被装载的类是否符合Java虚拟机规范中规定的class文件格式，并确保它不会破坏Java虚拟机的完整性。包括(1)类装载过程中的验证; (2) 检查class文件内部的连贯性，一旦发现class文件格式存在一处错误，则抛出VerifyError异常或ClassFormatError异常。确保每个final类不含有子类，final方法不能被覆盖，以及常量池中所有的域引用和方法引用有有效的名字和类型描述符号;(3) 对字节码流使用一个数据流分析器进行验证。准备步骤的任务是创建域表，并设置域初值。解析步骤是将类中的常量池中的类、接口、字段和方法的符号引用替换成直接引用，以达到更快地访问数据的目的。

　　在初始化阶段，Java虚拟机设计者需要将类变量赋予正确的初始值。

　　class文件经过上述三个阶段的处理，虚拟机就获得了该类的所有信息并且表示成能够容易操作的内部数据格式，从而为方法的运行作好了充分的准备。

　　2、及时编译器

　　任何Java虚拟机实现的核心都是它的执行引擎。在由软件实现的虚拟机中，执行引擎主要有一次性解释字节码、及时编译器、自适应优化编译器三种方式。本实现采用了及时编译的方式，它的特点是第一次被执行的机器码会被编译成本地机器码。及时编译器将引入的字节码翻译成本地机器码，然后直接执行机器码指令而不是解释字节码。机器码指令保存在内存中，由于在运行过程中编译的结果不被保存， 所以程序下一次运行时，字节码将再一次被翻译成机器码。