JAVA虛擬機技術研究與實踐思考

摘 要：針對傳統類裝載器裝載完成后的二進制數據流不易理解的問題，文章首先分為五個模塊介紹了JAVA虛擬機技術的體系結構，重點對JAVA虛擬機的類裝載器模塊進行研究和改進，改進后的類裝載器與傳統類裝載器相比較，具有class文件數據顯示功能，以及可以完成文件查找和解析。

關鍵詞：JAVA；JAVA虛擬機；類裝載器

1 JAVA技術簡介

隨著Internet技術的高速發展，JAVA技術在我國應用已經日趨成熟。作為JAVA技術的核心是JAVA虛擬機，虛擬機與編程接口（API）共同構建成JAVA平臺[1]，JAVA平臺上的程序能夠在不同類型的軟件上運行，這說明JAVA平臺具有無關性。JAVA語言編程環境，分為編譯環境和運行環境，使用JAVA語言編寫好的程序通過應用接口傳遞編譯完成的class文件，JAVA程序的class文件的運行環境就是在JAVA虛擬機中，經過調用class文件實現程序的調用[2]。JAVA技術除了具有平臺無關性，還具備網絡移動性和安全性，因此研究JAVA語言以及JAVA虛擬機技術具有重要意義。

2 JAVA虛擬機技術體系結構

作為JAVA技術的核心，JAVA虛擬機的體系結構包括五個部分：類裝載器、運行環境下的數據區、執行環境下的引擎、本地方法應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行裝載，正確的順序為：查找、裝載——鏈接（先驗證、再準備、后解析）——初始化。在運行程序時，數據區主要用來存儲程序中包含的信息，例如參數值、局部變量、返回值、字節碼等。JAVA虛擬機中運行程序主要包含方法區、堆、PC寄存器和JAVA棧的數據區[4]。執行引擎執行包括解釋、動態編譯等技術，JAVA程序中線程整個生命周期都屬于執行實例。JAVA虛擬機中本地方法接口模塊與內部工作聯系緊密，任何JAVA虛擬機實現都支持本地接口，本地方法與JAVA虛擬機的內部狀態進行交互，允許執行傳遞、查詢變量、調用類方法等[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 類裝載器設計與實現

由第二節可以知道類裝載器是從JAVA應用程序接口裝載class文件，傳統類裝載器裝載完成后所生成的數據結構為規范的二進制數據流，程序員無法讀懂數據流的含義。針對這一問題，文章將對傳統類裝載器進行改進。

3.1 類裝載器功能設計

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

圖1 字節碼顯示流程圖

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

圖2 JAR文件處理流程

3.2 改進功能的實現

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格，文章改進后的類裝載器具有字節碼顯示功能，在執行過程中查看日志文件功能等。

通過ClassLoader程序的運行，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，運行程序可以顯示class文件的字節碼[6]。字節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JAVA虛擬機規范從中獲得有用二進制流信息，解析完成后可以將文件信息的內存數據結構顯示給用戶。

4 結束語

作為JAVA技術的核心部分，JAVA虛擬機的體系結構包括類裝載器、運行環境下的數據區、執行引擎、本地方法應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虛擬機中傳統類裝載器模塊進行研究和改進，改進后的類裝載器與傳統類裝載器相比較，類裝載器具有顯示、查找和解析等功能。

參考文獻

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[2]李風云.Java虛擬機性能及關鍵技術分析[J].山東交通學院學報，2004，12（2）：68-71

[3]諶寧，覃證.基于嵌入式Java虛擬機的垃圾回收算法[J].計算機應用，2005，25（1）：218-223

[4]黃廣君，王萬城.java虛擬機的研究與設計[J].控制工程，2003，10（5）：444-446.

[5]倪紅波，谷建華，周興社.嵌入式系統中Java虛擬機的研究與移植[J].計算機工程，2004，30（24）：52-54.

[6]楊燦群，張曉軍，沈志宇.Java語言環境實現技術探討[J].計算機工程和科學，2001（2）.

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。