Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版) [The Java Virtual Machine Specification Jave SE 8 Edition] pdf

Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版) [The Java Virtual Machine Specification Jave SE 8 Edition]

内容简介

《Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版)》由Oracle官方发布,Java虚拟机技术创建人撰写,国内资深Java技术专家翻译。书中基于全新Java SE 8,完整且准确地阐述Java虚拟机规范,是深度了解Java虚拟机和Java语言实现细节的必读之作。

《Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版)》共分7章。第1章从宏观的角度介绍了Java虚拟机与Java的关系及发展历程;第2章概述Java虚拟机的整体架构,包括class文件格式、数据类型、原始类型、引用类型、运行时数据区、栈帧、浮点算法、异常等,这对理解本书后面的内容有重要帮助;第3章详述如何将Java语言编写的程序转换为Java虚拟机指令集,涉及常量、局部变量、控制结构、算术运算、参数接收、方法调用、数组、操作数栈、异常处理、同步与注解等;第4章深入分析用来表示编译后的类和接口的class文件格式;第5章定义Java虚拟机启动以及类与接口的加载、链接和初始化过程;第6章阐释并列举Java虚拟机指令集;第7章提供一张以操作码值为索引的Java虚拟机操作码助记符表。

《Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版)》完整而准确地阐释了Java虚拟机各方面的细节,围绕Java虚拟机整体架构、编译器、class文件格式、加载、链接与初始化、指令集等核心主题对Java虚拟机进行全面而深入的分析,深刻揭示Java虚拟机的工作原理。同时,书中不仅完整地讲述了由Java SE 8所引入的新特性,例如对包含默认实现代码的接口方法所做的调用,还讲述了为支持类型注解及方法参数注解而对class文件格式所做的扩展,并阐明了class文件中各属性的含义,以及字节码验证的规则。

《Java核心技术系列:Java虚拟机规范(Java SE 8版)》主要内容:

阐释Java虚拟机与Java的关系和发展历程。

概览Java虚拟机整体架构,包括class文件格式、数据类型、原始类型、引用类型、运行时数据区、栈帧、浮点算法、异常等。

详述如何将以Java语言编写的程序转换为Java虚拟机指令集,涉及常量、局部变量、控制结构、算术运算、参数接收、方法调用、数组、操作数栈、异常处理、同步与注解等。

深入分析用来表示编译后的类和接口的class文件格式,主要包括ClassFile文件结构、描述符、常量池、字段、方法、属性、格式检查、代码约束与class文件校验等。

定义Java虚拟机启动以及类和接口的加载、链接和初始化过程。

阐释并列举Java虚拟机指令集。

作者简介

蒂姆·林霍尔姆(Tim Lindholm),资深Java虚拟机高级架构师,Java编程语言的主要贡献者之一,曾是Sun公司杰出工程师,目前主要负责移动设备上的Java应用。在到Sun公司工作之前,他曾经在美国阿贡国家实验室和Quintus公司从事与虚拟机和运行时系统相关的工作。

弗兰克·耶林(Frank Yellin),曾是Sun公司高级工程师,Java项目元老级成员。最近十余年中,他都从事着解释型及编译型语言的运行时系统方面的工作。在到Sun公司工作之前,他在Lucid公司从事Common Lisp编译器相关的工作。

吉拉德·布拉查(Gilad Bracha),Newspeak编程语言的创建者,曾是Sun公司杰出工程师。在到Sun公司工作之前,他在Animorphic Smalltalk System公司从事Strongtalk语言相关的工作。

亚历克斯·巴克利(Alex Buckley),Oracle公司Java编程语言和Java虚拟机规范负责人。

目录

译者序
前言
第1章 引言
1.1 简史
1.2 Java虚拟机
1.3 各章节摘要
1.4 说明
1.5 反馈

第2章 Java虚拟机结构
2.1 class文件格式
2.2 数据类型
2.3 原始类型与值
2.3.1 整数类型与整型值
2.3.2 浮点类型、取值集合及浮点值
2.3.3 returnAddress类型和值
2.3.4 boolean类型
2.4 引用类型与值
2.5 运行时数据区
2.5.1 pc寄存器
2.5.2 Java虚拟机栈
2.5.3 Java堆
2.5.4 方法区
2.5.5 运行时常量池
2.5.6 本地方法栈
2.6 栈帧
2.6.1 局部变量表
2.6.2 操作数栈
2.6.3 动态链接
2.6.4 方法调用正常完成
2.6.5 方法调用异常完成
2.7 对象的表示
2.8 浮点算法
2.8.1 Java虚拟机和IEEE,754中的浮点算法
2.8.2 浮点模式
2.8.3 数值集合转换
2.9 特殊方法
2.10 异常
2.11 字节码指令集简介
2.11.1 数据类型与Java虚拟机
2.11.2 加载和存储指令
2.11.3 算术指令
2.11.4 类型转换指令
2.11.5 对象的创建与操作
2.11.6 操作数栈管理指令
2.11.7 控制转移指令
2.11.8 方法调用和返回指令
2.11.9 抛出异常
2.11.10 同步
2.12 类库
2.13 公有设计、私有实现

第3章 Java虚拟机编译器
3.1 示例的格式说明
3.2 常量、局部变量和控制结构的使用
3.3 算术运算
3.4 访问运行时常量池
3.5 与控制结构有关的更多示例
3.6 接收参数
3.7 方法调用
3.8 使用类实例
3.9 数组
3.10 编译switch语句
3.11 使用操作数栈
3.12 抛出异常和处理异常
3.13 编译finally语句块
3.14 同步
3.15 注解

第4章 class文件格式
4.1 ClassFile结构
4.2 各种名称的内部表示形式
4.2.1 类和接口的二进制名称
4.2.2 非限定名
4.3 描述符
4.3.1 语法符号
4.3.2 字段描述符
4.3.3 方法描述符
4.4 常量池
4.4.1 CONSTANT_Class_info结构
4.4.2 CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info和CONSTANT_InterfaceMethodref_info结构
4.4.3 CONSTANT_String_info结构
4.4.4 CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_Float_info结构
4.4.5 CONSTANT_Long_info和CONSTANT_Double_info结构
4.4.6 CONSTANT_NameAnd-Type_info结构
4.4.7 CONSTANT_Utf8_info结构
4.4.8 CONSTANT_MethodHandle_info结构
4.4.9 CONSTANT_MethodType_info结构
4.4.10 CONSTANT_Invoke-Dynamic_info结构
4.5 字段
4.6 方法
4.7 属性
4.7.1 自定义和命名新的属性
4.7.2 ConstantValue属性
4.7.3 Code属性
4.7.4 StackMapTable属性
4.7.5 Exceptions属性
4.7.6 InnerClasses属性
4.7.7 EnclosingMethod属性
4.7.8 Synthetic属性
4.7.9 Signature属性
4.7.10 SourceFile属性
4.7.11 SourceDebugExtension属性
4.7.12 LineNumberTable属性
4.7.13 LocalVariableTable属性
4.7.14 LocalVariableTypeTable属性
4.7.15 Deprecated属性
4.7.16 RuntimeVisibleAnnota-tions属性
4.7.17 RuntimeInvisible-Annotations属性
4.7.18 RuntimeVisibleParameterAnnotations属性
4.7.19 RuntimeInvisiblePara-meterAnnotations属性
4.7.20 RuntimeVisibleTypeAnnotations属性
4.7.21 RuntimeInvisibleType-Annotations属性
4.7.22 AnnotationDefault属性
4.7.23 BootstrapMethods属性
4.7.24 MethodParameters属性
4.8 格式检查
4.9 Java虚拟机代码约束
4.9.1 静态约束
4.9.2 结构化约束
4.10 class文件校验
4.10.1 类型检查验证
4.10.2 类型推导验证
4.11 Java虚拟机限制

第5章 加载、链接与初始化
5.1 运行时常量池
5.2 虚拟机启动
5.3 创建和加载
5.3.1 使用引导类加载器来加载类型
5.3.2 使用用户自定义类加载器来加载类型
5.3.3 创建数组类
5.3.4 加载限制
5.3.5 从class文件表示得到类
5.4 链接
5.4.1 验证
5.4.2 准备
5.4.3 解析
5.4.4 访问控制
5.4.5 方法覆盖
5.5 初始化
5.6 绑定本地方法实现
5.7 Java虚拟机退出

第6章 Java虚拟机指令集
6.1 设定:“必须”的含义
6.2 保留操作码
6.3 虚拟机错误
6.4 指令描述格式
6.5 指令集描述

第7章 操作码助记符
附录A Limited License Grant

感悟与笔记

要去正确地实现一台Java虚拟机,就需要正确地读取class文件中每一条字节码指令并且能正确执行这些指令所蕴含的操作即可。

数据类型

和Java语言类似,在Java虚拟机中的数据类型也可以分为基本类型和引用类型两种,所以也存在原始值和引用值两种类型的数值。它们可用于变量赋值、参数传递、方法返回和运算操作。

原始类型与值

Java虚拟机所支持的原始数据类型包括数值类型、boolean类型、和returnAddress类型

  • 数值类型分为整数类型和浮点类型,分别是char,byte,short,int,long;浮点类型即float和double,这里和Java语言中的一致。
  • returnAddress翻译过来是返回地址,其实returnAddress类型的值指向一条虚拟机指令的操作码。它在虚拟机中比较典型的一个应用场景是用于jsr程序段落跳转,在try-catch异常处理以及finally代码块经常出现。和数值类的原生类型不同,returnAddress类型在Java语言之中并不存在相应的类型,而且也无法在程序运行期间修改。
  • 虽然Java虚拟机定义了boolean这种数据类型,但是只对它提供了十分有限的支持。在Java虚拟机中并没有任何供boolean值专用的字节码指令,Java语言表达式所操作的boolean值,在编译之后都使用Java虚拟机中的int数据类型来代替。(Java虚拟机会把boolean数组元素中的true采用1来表示,false采用0来表示,当Java编译器把Java语言中的boolean类型值映射为Java虚拟机的int类型值时,也必须用上述表示方式)

引用类型与值

Java虚拟机中有三种引用类型:类类型、数组类型和接口类型。它们分别指向动态创建的类实例、数组实例和某个接口的类实例或数组实例。

数组类型最外面那一维元素的类型叫做数组类型的组件类型。一个数组的组件类型也可以是数组。从任意一个数组开始,如果发现其组件类型也是数组类型,那就继续取这个小数组的组件类型,不断执行这样的操作,最终一定可以遇到组件类型不是数组的情况,这时就把这种类型成为本数组的元素类型。数组的元素类型必须是原生类型、类类型或者接口类型之一。

在引用类型的值中还有一个特殊的值:null,当一个引用不指向任何对象的时候,它的值就用null来表示。一个为null的引用,起初并不具备任何实际的运行期类型,但是它可转型为任意的引用类型。引用类型的默认值就是null。Java虚拟机规范并没有规定null在虚拟机实现中应当怎样用编码来表示。

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