Java的访问级别（深入版）

前言

本文会对Java的四种访问级别进行总结，以及解释访问权限在类加载的哪一步实施。

（若文章有不正之处，或难以理解的地方，请多多谅解，欢迎指正）

四种访问级别

Java中有四种访问级别，分别是private、protected、缺省和public，它们之间的访问级别区别如下表所示：

Modifier	Class	Package	Subclass	World
public	Y	Y	Y	Y
protected	Y	Y	Y	X
no modifier	Y	Y	X	X
private	Y	X	X	X

但这些访问级别在虚拟机类加载的哪个过程会对方法或变量的访问进行限制？

虽然在《Java的继承（深入版）》简单介绍了类加载过程，而在访问级别在虚拟机中的应用，在类加载过程中的验证阶段：

我们来挨个看看验证阶段包括的几个检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

1. 文件格式验证

   第一阶段首先要验证字节流是否符合Class文件格式的规范，也就是看看这文件能不能被JVM处理。可能会有以下验证点：

   • 是否以魔数0xCAFEBABE开头（关于魔数可见详情于《深入理解Java虚拟机》）
   • 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内（主、次版本指Java的版本）
   • 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型（检查常量tag标志）
   • 指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。

   …（其实检查的大多是字节码文件的内存，关于字节码详情可见《深入理解Java虚拟机》的第六章）

2. 元数据验证

   第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，保证其中的信息符合Java的语言规范。可能会有以下验证点：

   • 这个类是否有父类（除了Object类之外，所有的类都应该有父类）
   • 这个类的父类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）
   • 如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法
   • 类中的字段、方法是否与父类产生矛盾（如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方法重载，如方法参数都一致，但返回值类型却不同等）

   …（其实检查的是有没有存在不符合Java语言规则的元数据信息，其实也就是对元数据中的数据类型进行校验）

3. 字节码验证

   第三阶段是通过数据流和控制流分析，确定上面检查好的字节码信息的语义是合法的、符合逻辑的。可能有以下验证点：

   • 保证任意时刻操作数栈（虚拟机栈的栈帧中的一种结构）的数据类型与指令代码序列都能配合工作
   • 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上
   • 保证方法体的类型转换是有效

   …（此阶段只要对类的方法体进行校验，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件）

4. 符号引用验证

   最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生（解析即虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，符号引用可以即表示特定数据的替身）。也就是说，符号引用校验是对类自身以外的信息进行匹配性校验。可能会有以下验证点：

   • 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类
   • 在指定类中是否存在符号方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段
   • 符号引用中的类、字段、方法的访问性（private、protected、default、public）是否可被当前类访问

   …（此阶段就是要确保解析动作能够正常进行）

破案了，访问权限是在类加载过程中的符号引用验证中施行。

结语

虽然访问级别是很基础的Java知识，但是越基础的知识，其背后的原理可没那么简单，本文也只是在JVM的基础上对它们稍作解释，奈何水平不够，暂时没能力继续往下深入…

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参考资料：

Java中的四种访问级别

《深入理解Java虚拟机》