JAVA虛擬機(jī)技術(shù)研究與實踐思考

摘 要：針對傳統(tǒng)類裝載器裝載完成后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流不易理解的問題，文章首先分為五個模塊介紹了JAVA虛擬機(jī)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，重點對JAVA虛擬機(jī)的類裝載器模塊進(jìn)行研究和改進(jìn)，改進(jìn)后的類裝載器與傳統(tǒng)類裝載器相比較，具有class文件數(shù)據(jù)顯示功能，以及可以完成文件查找和解析。

關(guān)鍵詞：JAVA；JAVA虛擬機(jī)；類裝載器

1 JAVA技術(shù)簡介

隨著Internet技術(shù)的高速發(fā)展，JAVA技術(shù)在我國應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟。作為JAVA技術(shù)的核心是JAVA虛擬機(jī)，虛擬機(jī)與編程接口（API）共同構(gòu)建成JAVA平臺[1]，JAVA平臺上的程序能夠在不同類型的軟件上運(yùn)行，這說明JAVA平臺具有無關(guān)性。JAVA語言編程環(huán)境，分為編譯環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境，使用JAVA語言編寫好的程序通過應(yīng)用接口傳遞編譯完成的class文件，JAVA程序的class文件的運(yùn)行環(huán)境就是在JAVA虛擬機(jī)中，經(jīng)過調(diào)用class文件實現(xiàn)程序的調(diào)用[2]。JAVA技術(shù)除了具有平臺無關(guān)性，還具備網(wǎng)絡(luò)移動性和安全性，因此研究JAVA語言以及JAVA虛擬機(jī)技術(shù)具有重要意義。

2 JAVA虛擬機(jī)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

作為JAVA技術(shù)的核心，JAVA虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)包括五個部分：類裝載器、運(yùn)行環(huán)境下的數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行環(huán)境下的引擎、本地方法應(yīng)用接口以及垃圾收集部分[3]。

類裝載器主要的功能是從JAVA應(yīng)用程序接口裝載class文件，類裝載器裝載文件時，必須按照正確的順序進(jìn)行裝載，正確的順序為：查找、裝載——鏈接（先驗證、再準(zhǔn)備、后解析）——初始化。在運(yùn)行程序時，數(shù)據(jù)區(qū)主要用來存儲程序中包含的信息，例如參數(shù)值、局部變量、返回值、字節(jié)碼等。JAVA虛擬機(jī)中運(yùn)行程序主要包含方法區(qū)、堆、PC寄存器和JAVA棧的數(shù)據(jù)區(qū)[4]。執(zhí)行引擎執(zhí)行包括解釋、動態(tài)編譯等技術(shù)，JAVA程序中線程整個生命周期都屬于執(zhí)行實例。JAVA虛擬機(jī)中本地方法接口模塊與內(nèi)部工作聯(lián)系緊密，任何JAVA虛擬機(jī)實現(xiàn)都支持本地接口，本地方法與JAVA虛擬機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行交互，允許執(zhí)行傳遞、查詢變量、調(diào)用類方法等[5]。垃圾收集主要是為了空間回收再利用，方便堆空間的分配。垃圾收集可以提升JAVA程序的性能，保證了JAVA程序的完整性。

3 類裝載器設(shè)計與實現(xiàn)

由第二節(jié)可以知道類裝載器是從JAVA應(yīng)用程序接口裝載class文件，傳統(tǒng)類裝載器裝載完成后所生成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為規(guī)范的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，程序員無法讀懂?dāng)?shù)據(jù)流的含義。針對這一問題，文章將對傳統(tǒng)類裝載器進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 類裝載器功能設(shè)計

文章主要介紹改進(jìn)類裝載器的功能設(shè)計，文章所設(shè)計的類裝載器提供了class文件字節(jié)碼顯示功能，如圖1所示，為class文件字節(jié)碼顯示流程圖。

圖1 字節(jié)碼顯示流程圖

完成字節(jié)碼顯示后，要進(jìn)行系統(tǒng)文件查找，文件名包含java以及javax開頭的，CLASSPATH環(huán)境下對目錄集進(jìn)行遍歷搜索，搜索得到的文件會找到JRE安裝目錄，進(jìn)而可以搜索到JAR包，如果找到JAR包則可以進(jìn)行相應(yīng)的文件處理。如圖2所示，為JAR文件處理流程圖，通過利用aunzip32.dll和azip32.dll進(jìn)行壓縮和解壓縮，文件處理中需要調(diào)用addUNZIP_ArchiveName和addUNZIP_ExtractTo函數(shù)[6]。

圖2 JAR文件處理流程

3.2 改進(jìn)功能的實現(xiàn)

通過JAVA class文件可以完成對一個類或接口的描述， class文件的格式定義要求相對嚴(yán)格，文章改進(jìn)后的類裝載器具有字節(jié)碼顯示功能，在執(zhí)行過程中查看日志文件功能等。

通過ClassLoader程序的運(yùn)行，可以顯示功能界面，其中就包含Bytecode Display功能。用戶可以選擇一個指定的class文件，運(yùn)行程序可以顯示class文件的字節(jié)碼[6]。字節(jié)碼所包含的信息包含文件字段、屬性、常量等。文件的查找功能也是通過ClassLoader程序下解析class文件，查找成功后包含文件的基本信息，包括文件大小、文件路徑等。文件解析過程中要依據(jù)JAVA虛擬機(jī)規(guī)范從中獲得有用二進(jìn)制流信息，解析完成后可以將文件信息的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)顯示給用戶。

4 結(jié)束語

作為JAVA技術(shù)的核心部分，JAVA虛擬機(jī)的體系結(jié)構(gòu)包括類裝載器、運(yùn)行環(huán)境下的數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行引擎、本地方法應(yīng)用接口以及垃圾收集五個部分，文章分別討論了五個部分的具體功能，并且對JAVA虛擬機(jī)中傳統(tǒng)類裝載器模塊進(jìn)行研究和改進(jìn)，改進(jìn)后的類裝載器與傳統(tǒng)類裝載器相比較，類裝載器具有顯示、查找和解析等功能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉冠梅（1982，10-），女，漢族，江西南昌人，碩士，講師，單位：江西省公安廳信息中心。