Java高级之类结构的认识

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Java体系包括，各种版本的虚拟机，可执行文件，各种第三方类库，Java API类库，Java语言
发展史：91年James Gosling博士带领开发出Oak，95年互联网兴起来变成Java，并正式改名，并提出“一次编译到处执行”的口号。96年1.0正式发布，代表技术有Java虚拟机，AWT和Applet-以前很喜欢的Swing开发套件；
97年1.1，代表技术有Jar文件格式、JDBC、JavaBeans、RMI、内部类、反射等
98年1.2，拆分三个方向，就是J2ME,J2EE,J2SE 99年正式使用HotSpot，代表技术JIT、Collections集合类等
2000年1.3，代表技术有数学运算、TimeApi、JNDI(正式应用)等，此后2年发布一次
2002年1.4，走向成熟，正则表达式、XML解析器等出现
2004年1.5，自动装箱、泛型、注解、枚举、可变长参数、循环等语法
2006年1.6，提供动态语言支持、编译API和HTTP服务器API，对锁、同步、垃圾回收、类加载做了大量优化
2009年1.7，由于涉及sun收购，之后的发布节奏也被打乱，提供新的G1收集器、加强对非JAVA语言的调用、升级类加载架构
2012年1.8，支持接口有默认实现方法、支持Lamda表达式（android studio已支持）、TimerAPI的全新优化。

Java的类结构是对变量，各种访问标记，接口和继承，同步、枚举，注解，内部类，异常、方法等的组合

类文件是以8个字节为基础单位的二进制流

类文件和图片都有魔数，用来标识它可以被虚拟机接受，即0xCAFEBABE-全大写，只是为了方便大家记忆；在很多地方都有应用，因为文件后缀名可以改变，而它不能改变。

Java类文件的前4位代表它是否能被虚拟机接受，之后是版本号，5和6代表次版本号，7和8代表主版本号
紧接下来的是常量，大概有11种表结构，除了常见的String,Integer,Float,Double,Long以外，还有Class,Utf-8,Field,Method,InterfaceMethod,NameAndType类型，数量不确定

接着是访问标志有8种，public,final,abstract,interface,super,enum,annotation,synthetic(非用户代码产生的类)

接着是“继承”索引，this索引和super索引，除Object以外，其他索引值均不为0，代表有父类；索引集合描述这个类实现了哪些接口，从左到右按顺序排列，有几个计数器值为几

再接下来是字段表集合，描述所有的变量（如作用范围-public，并变性-final，并发可见-volatile等）和返回值（基本数据类型和类），基本数据类型的全限定名，开头都是其英文大写，如'[()V; '和'[[Ljava/lang/String';前者代表一个空返回值，后者代表一个String二维数组，类都以L开头作表示；全限定名可以理解为对象的地址。

接下来到方法表集合了，跟字段表一样，但某些访问控制答不能修饰方法，如volatile和transient关键字，方法名加尖括号表示，如<init>-指实例构造器，<cinit>-指类构造器，编译后的代码存在一个"Code"的属性里
属性表，类、方法体、常量表中都有属性表
1、Code属性指编译后的字节码，还有它的长度，栈的最大深度，最大存储空间，一个方法编译后不允许超过65535个字节码指令，一个指令=1Slot=32位，这是最小的存储单位，而float和int都是32位；一般还可以分为源码和元数据（即对源码的描述，如类，字段，方法等）
public static int getFinally() {
int a = 1;
try {
a = 2;
return a;
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
a = 3;
return a;
} finally {
a = 4;
}
}上面是用一段源码，来对字节码指令进行分析，很多人看见后，都很想对照自己的结果，准确答案是2
跟你的结果是否一致，为什么是2而不是4呢？
这段代码可以分为三层来分析：
第一层如果try没有任何问题，则执行a=2 return a
第二层，如果try出错，则执行finally，再执行catch语句，a=3 return a
第三层，如果try无错，catch无错，而出现了其他error，则直接执行finally语句的a=4
这个地方可以这样理想，按照正常的Java指令没有打乱的情况下，先执行try return时已经执行a的write方法，则finally中仅执行了a的assign方法，此时a已经为2。不懂变量加载过程的，可以查看：Java高级之内存模型分析
2、Exceptions属性 列举出可检查出的异常如catch语句后和throws的异常
3、LineNumberTable属性 描写源码行号与字节码行号的关系，即这段代码位于哪一行，用于异常抛出时定位
4、LocalVariableTable属性 定义后别人引用，不会产生参数是arg0,arg1的情况
5、SourceFile属性，用于记录Class源码文件名称，主要异常抛出时可以定位是哪个文件
6、ConstantValue属性，通知虚拟机自动定义为静态变量，只能为基本数据类型和String类型
7、InnerClasses属性 显然定义内部类的，数量位置等
8、Deprecated及Synthetic 前者是定义废弃类，方法，变量等，后者指非源码产生由编译器自动加的东西。

Class文件是虚拟机解释的入口，了解其内部结构，有助于对代码进行分析定位错误，以及热加载等其他功能的理解。

以下是拓展知识

1位=1bit 最小的计算机单位，指0和1
byte=8bit 字节 取值范围 -128到127 记忆技巧 2^字节次方
char =2byte Unicode
short=2byte 取值-2^15到2^15-1
int =4byte 取值-2^31到2^31-1
float=4byte
long=8byte 取值-2^63到2^63-1 意义2个int或float
double=8byte  
boolean 无意义
一个汉字是2byte，一个英文字母1byte(GBK和GB2312编码的环境中)
以上有个规律，就是次方数都是奇数，偶数达不到，同时咱们来测一下int的大小是不是2的31次方-1
public class TestInteger {
public static void main(String[] args) {
int size = 0x7fffffff;// Integer.MAX_VALUE
Integer oral = 2;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
oral *= oral;
}
for (int i = 0; i < 15; i++) {
oral *= 2;
}
System.out.println(size == oral - 1);
System.out.println(size);
System.out.println(oral * -1);
}
}
输出结果：
true
2147483647
-2147483648

得出证明：在电脑上，测算出int的结果跟虚拟机的设置一致（注意，不能把4写成5，要考虑到int存值大小）。
至于实验过程中，有人讲跟操作系统的位数有关。结果研究64位和32位的区别，发现：只是前者执行8个字节指令，后者执行4个；其次前者最大支持内存128，后者支持到[b]4G（可使用3.25G)。但是java是运行在虚拟机，即其中的编译器上，一般现在都是4个字节，除非有特殊的处理器除外，可能是2个字节（必须大于等于short的长度）。因此，使用不同大小的处理器，可以设计出适应不同软件的更优硬件出来。[/b]
虚拟机的存储区域，一般常说的有栈和堆，栈放指针和基本数据类型，而堆放对象，还有一种需要熟悉的是常量存储，就是存代码内部（方法里的）；还有两种拓展了解：寄存器位于处理器内部，极少，处理极快；非RAM存储，如持久化对象和流对象，特指数据流传输和硬盘对象。除了常量存储存在只读存储器（ROM-Only）和寄存器，其他都存在随机访问存储器（RAM-Acess)里。
位操作介绍四种，位与(&)，位或(|)，位否(~)和异或(^)
位与，同为1则为1，否则为0
位或，有一个1则为1，否同为0
位否，1变0，0变1 计算方式~x=-(x+1)
异或，不同则为1，相同则为0
int a = 0x010101;
int b = 0x110100;
System.out.println(a & b);
System.out.println("位与操作："+0x010100);
System.out.println(a | b);
System.out.println("位或操作："+0x110101);
System.out.println(a ^ b);
System.out.println("异或操作："+0x100001);结果
65792
位于操作：65792

1114369
位或操作：1114369

1048577
异或操作：1048577

Tips:负数操作 要先获得补码再操作，然后变源码+1操作
另外一个例子：
System.out.println((1 & 0) + "," + (1 & 1) + "," + (0 & 0));//两个为1才为1，否则为0
System.out.println((1 | 0) + "," + (1 | 1) + "," + (0 | 0));//有一个为1则为1，否则为0
System.out.println((1 ^ 0) + "," + (1 ^ 1) + "," + (0 ^ 0));//只有一个为1才为1，否则为0

结果：
0,1,0
1,1,0
1,0,0

图片的大小=图片width*height*颜色深度
格式有四种(A-Alpha不透明度 R-Red G-Green B-Blue)
ALPHA_8格式  8位=1byte
ARGB_4444格式 16位=4+4+4+4=2byte
RGB_565格式 16位=5+6+5=2byte
ARGB_8888格式 32位=8+8+8+8=4byte
借用格式来压缩图片是一种不错的办法。
以下是图片魔数
图像文件头
　　1）1-2：(这里的数字代表的是"字",即两个字节，下同）图像文件头。0x4d42='BM'，表示是Windows支持的BMP格式。(注意：查ascii表B 0x42,M0x4d,bfType 为两个字节，B为low字节，M为high字节所以bfType=0x4D42，而不是0x424D，但注意)
　　2）3-6：整个文件大小。4690 0000，为00009046h=36934。
　　3）7-8：保留，必须设置为0。
　　4）9-10：保留，必须设置为0。
　　5）11-14：从文件开始到位图数据之间的偏移量(14+40+4*（2^biBitCount）)。4600 0000，为00000046h=70，上面的文件头就是35字=70字节。位图信息头　　6）15-18：位图图信息头长度。
　　7) 19-22：位图宽度，以像素为单位。8000 0000，为00000080h=128。
　　8）23-26：位图高度，以像素为单位。9000 0000，为00000090h=144。
　　9）27-28：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h=1。
　　10）29-30：每个像素的位数。有1（单色），4（16色），8（256色），16（64K色，高彩色），24（16M色，真彩色），32（4096M色，增强型真彩色）。1000为0010h=16。
　　11）31-34：压缩说明：有0（不压缩），1（RLE 8，8位RLE压缩），2（RLE 4，4位RLE压缩，3（Bitfields，位域存放）。RLE简单地说是采用像素数+像素值的方式进行压缩。T408采用的是位域存放方式，用两个字节表示一个像素，位域分配为r5b6g5。图中0300 0000为00000003h=3。
　　12）35-38：用字节数表示的位图数据的大小，该数必须是4的倍数，数值上等于（≥位图宽度的最小的4的倍数）×位图高度×每个像素位数。0090 0000为00009000h=80×90×2h=36864。
　　13）39-42：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
　　14）43-46：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
　　15）47-50：位图使用的颜色索引数。设为0的话，则说明使用所有调色板项。
　　16）51-54：对图象显示有重要影响的颜色索引的数目。如果是0，表示都重要。 Java中的switch语句支持整型和枚举，整型包括byte,short,int,char对象的hashcode存在的价值在于第一可以判断两个对象是否相等，第二用于容器类快速查找闭包：在一定的逻辑或者方法内存在的变量，安全性极高，应用在局部范围。