JVM 架构简图

JVM 的类加载子系统（Class Load SubSystem） 是 JVM 架构的第一个重要阶段，我们最常见的 JVM 架构简图是下面这样事儿的，只瞅一眼就跟明镜儿似的，类加载子系统的责任那是明明白白的，负责从文件系统或网络中加载 class 文件到 JVM 运行时数据区。

类的加载过程

既然都这么明确了，那只能不绕圈子了，其实类加载子系统还是有点复杂的，并不像上图那样跟一个青春妹子一样单纯、可爱、简单，她的内心你得多少了解点，不然我讲不下去了，想留住单纯美好时光的肥宅们，可以到此打住了。

类加载子系统虽然只负责将 class 文件加载到 JVM 的运行时数据区，其实她也不管最后能不能执行，反正是符合她的“择偶”条件就会加载，虽然单纯可爱简单，但是该有的流程还是要有的。

有好事者总结如下：

1. 加载（Loading）： 在内存中生成一个代表该 class 类的 java.lang.Class 对象
2. 链接（Linking）： 其实这个阶段还分为验证、准备、解析三个阶段
3. 初始化（Resolution）：执行类构造器方法 <clinit>() 完成初始化操作

还是有点小复杂，但今天不能重点介绍，说多了就没有距离感了，还是先保留一点单纯可爱简单吧。

接下来说今天要探讨的重点：链接（Linking）阶段的解析过程（Resolution）。

链接（Linking）阶段

链接（Linking）阶段分为了三个阶段：验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）。

验证阶段，简单来说，确保 class 文件包含的信息是符合当前虚拟机要求的，确保加载类的正确性，确保其不会危害虚拟机的自身安全；这个阶段主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

著名的魔数【CAFEBABE】（谐音：咖啡宝贝）就是在这个阶段验证的，凡是 JVM 标准的 class 文件都是以这个魔数开始的，名字听着就那么个感觉！

准备阶段，简单来说，就是类变量分配内存并且设置该类的默认初始值，也就是零值；比如定义了一个 static 变量 a = 1，在这个阶段会默认赋值 a = 0，在后面的初始化阶段会将 a 赋值为 1。

需要注意的是：

1. 这个阶段不包含用 final 修饰的 static 变量，因为 final 会在编译阶段分配

2. 这个阶段不包含实例变量的分配与初始化，因为它们会在堆区创建对象时初始化

好了，终于到整体了，接下来就是解析（Resolution）阶段啦。

解析阶段，简单来说，就是常量池中的符号引用转换为直接引用的过程，解析的主要是类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等，对应到常量池中的CONSTANT_Class_info、 CONSTANT_Fieldref_info、 CONSTANT_Methodref_info 等。

千呼万唤，终于出来了，接下来就是本篇核心知识点了：符号引用、直接引用了。

符号引用与直接引用

解析阶段的主要操作是将类常量池中的符号引用替换为直接引用。啥？（黑人问号脸）

符号引用，简单说，就是一个字符串，这个字符串定义了被引用项的唯一识别信息，根据这个信息可以无歧义地定位到一个类、字段、方法等。

一句话：就是一个唯一标识符

直接引用，简单说，就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

一句话：就是一个直接内存地址的表示

为什么会有符号引用？

符号引用与虚拟机的内存布局无关，引用的目标并不一定加载到内存中，一个 java 类编译为 class 文件时，java 类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能使用符号引用代替。

初始化阶段后，已经可以知道被引用项的真实地址（也就是，直接引用）了，解析阶段会将常量池内的符号引用替换为直接引用。

各种虚拟机实现的内存布局可能有所不同，但是它们能接受的符号引用都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中。

Boss：来一个小示例

Boss 说太干了，来点实际的，要想成功就得让我听懂。

有好事者总结了：

（1）我们先写个 java 版本的 Hello World 小程序（PS ：这个 Boss 再不懂就辞职啦）

public class Hello {
    private static int a = 1;  

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
    }
}       

（2）写完后我们编译一下，有 IDE 的直接自动编译，没有的使用 javac 搞一下

（3）编译成功后可以找到 Hello.class，哎，对就是这个！

（4）然后在 class 文件所在目录打开命令行，输入一个神奇命令：javap -v Hello.class

（5）接下来，见证一下奇迹，找寻一下常量池（Constant Pool）

Boss，请看下图：

这就是编译后常量池中定义的符号引用了，看看 Ljava/lang/String; 就是代表 java.lang.String 类。

符号引用的常见描述符

本着服务 Boss 的宗旨，这么多描述符，鬼知道是怎么回事啊，Boss 教导说，工作要有总结。

那么，好事者又总结了。

JNI 字符描述符是类描述符、方法描述符、字段描述符的具体的实现规则，描述规则如下：

（1）类描述符 ： 以 L 开头，其后跟着该类的全限定名，并将其中中的 “.” 改为 “/” ，最后分号“；”结束

 类：Java.lang.String
 对应描述符：Ljava/lang/String;

（2）基本类型描述符：基本类型不存在全限定名，故只需要一个符号就可以表达该基本类型

boolean Z
byte    B
char    C
short   S
int     I
long    J
float   F
double  D
void    V

（3）字段描述符 ：格式为 字段名:类型

 int num = 3;
 字段描述符： num:I
 字段名： num

（4）数组描述符 ： 原描述符前加一个 [ 表示一维数组，加两个[[ 表示二维数组

 String[][] num=null;
 字段描述符：[[Ljava/lang/String;
 字段名：num

（5）方法描述符： (第一个参数的字段描述符第二个参数的字段描述符.....)返回类型的描述符

 # 示例 1
 String test();
 方法描述符：()Ljava/lang/String;
 方法名：test
 
 # 示例 2
 long test(int i, Object c);
 方法描述符：(ILjava/lang/Object;)J
 方法名：test
 
 # 示例 3
 void test(byte[] bytes);
 方法描述符：([B)V
 方法名：test

Boss：来一个小总结

Boss 说得对，来个小总结吧，好事者又开始了表演。

1. 类加载子系统是 JVM 运行数据的第一个阶段，这个阶段是这种的目标是将 class 文件加载到运行时数据区，创建出对应的 java.lang.Class 对象；
2. 类加载子系统的加载过程又包括三个大阶段：加载、链接、初始化；
3. 加载阶段的作用是在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象
4. 链接阶段的作用是完成 class 文件的验证、分配内存并赋默认值、最后替换常量池的符号引用，也就是验证、准备、解析三个阶段；
5. 符号引用就是一个唯一标识被引用项的字符串，直接引用就是一个直接内存地址的表示，可以是指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位目标的句柄；
6. 之所以会有符号引用，是因为在编译阶段，并不知道变量的真实地址（也就是直接引用），而且每个虚拟机的实现各有不同，因此需要前期定义，后期再进行替换，也就是上面的解析阶段；
7. 符号引用在 java 虚拟机规范的 Class 文件格式中有明确定义，JNI 字符描述符是类描述符、方法描述符、字段描述符等描述符的具体的实现规则。

参考资料

感谢以下文章或视频提供的学习资料，受益匪浅：

1. 尚硅谷《宋红康-JVM 从入门到精通》课程 ： http://www.atguigu.com/
2. java -- JVM的符号引用和直接引用 ： https://www.cnblogs.com/shinubi/articles/6116993.html
3. JVM 符号引用(Symbolic References) ： https://blog.csdn.net/u014296316/article/details/83066436

写在最后的话

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