Présentation
Auteur(s)
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Jean-Michel DOUIN : Docteur en informatique - Maître de conférences au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La popularité du web a promu Java comme langage de programmation sur Internet. Ce succès vient principalement de l’intégration d’une machine virtuelle Java au sein de tout navigateur. Le code intermédiaire engendré par la compilation d’un code source Java est chargé et exécuté par la machine dans une fenêtre du navigateur. L’exécution du même code intermédiaire quelle que soit la plate-forme offre aux développeurs en Java une large diffusion de leurs programmes. La machine virtuelle et les librairies associées garantissent une exécution du code Java indépendante du système d’exploitation et d’une architecture matérielle. Les composantes de la machine virtuelle Java et le format du code intermédiaire permettent l’accès aux objets distants et la migration de codes à travers le réseau. Ces caractéristiques sont essentielles dans un environnement distribué et contribuent au succès actuel du langage et de la machine virtuelle. La machine est également intégrée au sein de systèmes embarqués, comme une plate-forme équipée d’un microcontrôleur avec peu de mémoire centrale.
La machine Java est un programme interprétant les instructions transmises par le réseau ou les instructions extraites d’un fichier local. Les avantages de cette solution éprouvée sont connus et multiples :
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le code est portable quelle que soit la plate-forme, car il suffit que chaque plate-forme possède un interpréteur de ce code et les librairies d’accès aux ressources de la machine hôte ;
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le code chargé peut être vérifié au chargement. La vérification du code est facilitée et primordiale dans un environnement ouvert comme Internet ;
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le code est en général plus compact. L’architecture de la machine Java est de type machine à pile, les opérandes des instructions devenues implicites engendrent une taille de code moins importante qu’une machine traditionnelle à registres.
L’inconvénient majeur réside dans le surcoût en temps d’exécution dû à cette couche logicielle supplémentaire.
L’architecture de la machine est liée aux concepts de la programmation en langage orienté objet, mais la machine reste indépendante du langage de programmation. Le seul type en entrée admis par la machine est le type du fichier compilé. Le format de ce fichier a permis des extensions conséquentes du langage Java sans aucune modification de la machine.
Cet article présente une architecture synthétique de la machine, le format du fichier compilé et le jeu d’instructions. Le format du fichier compilé est détaillé et accompagné d’un exemple concret de code source Java. Les instructions de la machine sont regroupées par famille, leur description est associée aux codes sources Java les ayant engendrées, et les opérations sur la machine virtuelle sont également proposées.
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VERSIONS
- Version courante de août 2013 par Jean-Michel DOUIN
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Jeu d’instructions/ source Java3. Classes Java
Chaque fichier contient un type Java ; (une classe ou une interface) ; un fichier est également généré pour une classe locale. Ce fichier contient le code et toutes les données nécessaires à l’exécution des instructions de la machine virtuelle. Ces données sont pour la plupart dans leur forme symbolique. Le format du fichier permet de respecter les contraintes de compatibilité binaire et de faciliter de futures extensions. Les principales étapes du chargeur de classes locales ou distantes sont également présentées.
3.1 Format du fichier compilé
Le fichier compilé (ou fichier .class) forme une suite d’octets. Deux octets lus forment un mot de 16 bit, l’octet de poids fort est en premier. Les mots de 32 et 64 bit sont construits de la même façon. Les noms de types u1,u2 et u4 choisis par SUN [3] représentent respectivement les données sur un, deux et quatre octets. Les composantes du fichier .class sont dans l’ordre d’apparition [magic, version, constant_pool, access_flags, this_class, super_class, interface, fields, methods, attributes].
Ces champs sont rassemblés dans une structure nommée ClassFile définie ici dans une syntaxe apparentée au langage Java.
structure ClassFile {
u4 magic ;// paragraphe 3.1.2
u2 minor_version ;
u2 major_version ;
u2 constant_pool_count ;// paragraphe 3.1.3
cp_info constant_pool [constant_pool_count] ;
u2 access_flags ;// paragraphe 3.1.4
u2 this_class ;// paragraphe 3.1.5
u2 super_class ;
u2 interfaces_count ;// paragraphe 3.1.6
u2 interfaces [interfaces_count] ;
u2...
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