我們知道Java最有名的宣傳口號(hào)就是：“一次編寫，到處運(yùn)行（Write Once，Run Anywhere）”，而其平臺(tái)無(wú)關(guān)性則是依賴于JVM， 所有的java文件都被編譯成字節(jié)碼（class）文件，而虛擬機(jī)只需要認(rèn)識(shí)字節(jié)碼文件就可以了。想要弄懂虛擬機(jī)以及類加載機(jī)制，這部分內(nèi)容是不可不知的。

JVM

Class文件是一組以8字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進(jìn)制流，所有數(shù)據(jù)無(wú)間隔的排列在Class文件之中，多字節(jié)數(shù)據(jù)以大端(big-endian order)的方式存儲(chǔ)。Class文件以一種接近于C中結(jié)構(gòu)體的偽代碼形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且只包含無(wú)符號(hào)數(shù)和表兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

• 無(wú)符號(hào)數(shù):u1、u2、u4、u8分別表1、2、4、8字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)
• 表： 由多個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)或者其他表組成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型， Class文件本身也是一張表。

Class表結(jié)構(gòu)：

ClassFile {u4 magic;u2 minor_version;u2 major_version;u2 constant_pool_count;cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];u2 access_flags;u2 this_class;u2 super_class;u2 interfaces_count;u2 interfaces[interfaces_count];u2 fields_count;field_info fields[fields_count];u2 methods_count;method_info methods[methods_count];u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count]; }復(fù)制代碼

參照上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Class文件由10個(gè)部分組成：
1 . 魔數(shù)
2 . Class文件主次版本號(hào)
3 . 常量池
4 . 訪問(wèn)標(biāo)記
5 . 當(dāng)前類名
6 . 父類名
7 . 繼承的接口名
8 . 包含的所有字段的數(shù)量+字段
9 . 包含的所有方法的數(shù)量+方法
10 . 包含的所有屬性的數(shù)量+屬性

下面我們依次對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行分析：

1. 魔數(shù)

魔數(shù)（Magic number）用來(lái)確定文件類型，這里就是檢測(cè)文件是否是能夠被虛擬機(jī)接受的Class文件。很多文件都使用魔數(shù)來(lái)確定文件類型，而不是擴(kuò)展名（因?yàn)閿U(kuò)展名可以任意修改）。可以參看我的深入理解程序構(gòu)造（一）。

Class文件的魔數(shù)是“0xcafebabe”，咖啡寶貝？Java本身也是一種爪哇咖啡，真是挺有緣的。
這里我也寫個(gè)小的測(cè)試程序，來(lái)看看它的二進(jìn)制碼流：

package com.shuqing28;public class TestClass {private int m;public int inc() {return m+1;} }復(fù)制代碼

我們使用javac編譯成.class文件，Windows下可以使用WinHex打開(kāi)，Linux下則可以使用hexdump打開(kāi)二進(jìn)制，命令如下：

$ hexdump -C TestClass.class 00000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 16 0a 00 04 00 12 09 |.......4........| 00000010 00 03 00 13 07 00 14 07 00 15 01 00 01 6d 01 00 |.............m..| 00000020 01 49 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 |.I...<init>...()| 00000030 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e |V...Code...LineN| 00000040 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63 |umberTable...Loc| 00000050 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01 |alVariableTable.| 00000060 00 04 74 68 69 73 01 00 19 4c 63 6f 6d 2f 73 68 |..this...Lcom/sh| 00000070 75 71 69 6e 67 32 38 2f 54 65 73 74 43 6c 61 73 |uqing28/TestClas| 00000080 73 3b 01 00 03 69 6e 63 01 00 03 28 29 49 01 00 |s;...inc...()I..| 00000090 0a 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 01 00 0e 54 65 |.SourceFile...Te| 000000a0 73 74 43 6c 61 73 73 2e 6a 61 76 61 0c 00 07 00 |stClass.java....| 000000b0 08 0c 00 05 00 06 01 00 17 63 6f 6d 2f 73 68 75 |.........com/shu| 000000c0 71 69 6e 67 32 38 2f 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 |qing28/TestClass| 000000d0 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a |...java/lang/Obj| 000000e0 65 63 74 00 21 00 03 00 04 00 00 00 01 00 02 00 |ect.!...........| 000000f0 05 00 06 00 00 00 02 00 01 00 07 00 08 00 01 00 |................| 00000100 09 00 00 00 2f 00 01 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 |..../........*..| 00000110 01 b1 00 00 00 02 00 0a 00 00 00 06 00 01 00 00 |................| 00000120 00 03 00 0b 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 05 00 0c |................| 00000130 00 0d 00 00 00 01 00 0e 00 0f 00 01 00 09 00 00 |................| 00000140 00 31 00 02 00 01 00 00 00 07 2a b4 00 02 04 60 |.1........*....`| 00000150 ac 00 00 00 02 00 0a 00 00 00 06 00 01 00 00 00 |................| 00000160 06 00 0b 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 07 00 0c 00 |................| 00000170 0d 00 00 00 01 00 10 00 00 00 02 00 11 |.............| 0000017d復(fù)制代碼

看第一行的前4個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制就是0xcafebabe，所以文件類型確實(shí)為.class文件。

2. 版本號(hào)

第5和第6字節(jié)是次版本號(hào)（Minor Version），第7和第8字節(jié)是主版本號(hào)（Major Version）。這里看出我們的主版本號(hào)是0x0034，也就是52，下面是JDK與其對(duì)應(yīng)的版本號(hào)關(guān)系：

JDK 1.8 = 52
JDK 1.7 = 51
JDK 1.6 =50
JDK 1.5 = 49
JDK 1.4 = 48
JDK 1.3 = 47
JDK 1.2 = 46
JDK 1.1 = 45

可以看出我使用的是Java8編譯的代碼。

3. 常量池

我們繼續(xù)看二進(jìn)制文件的第一行：

00000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 16 0a 00 04 00 12 09 |.......4........|復(fù)制代碼

在主版本號(hào)0x0034后的是0x0016，這個(gè)值表示常量池的容量。常量池可以理解為Class文件的資源倉(cāng)庫(kù)，常量池中包含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是這樣的:

cp_info {u1 tag;u1 info[]; }復(fù)制代碼

常量池中的每個(gè)項(xiàng)目都包含一個(gè)tag開(kāi)頭的cp_info對(duì)象，代表著常量類型，info則根據(jù)不同的類型各有各的結(jié)構(gòu)。目前一共有14種常量類型：

Constant TypeValue

CONSTANT_Class	7
CONSTANT_Fieldref	9
CONSTANT_Methodref	10
CONSTANT_InterfaceMethodref	11
CONSTANT_String	8
CONSTANT_Integer	3
CONSTANT_Float	4
CONSTANT_Long	5
CONSTANT_Double	6
CONSTANT_NameAndType	12
CONSTANT_Utf8	1
CONSTANT_MethodHandle	15
CONSTANT_MethodType	16
CONSTANT_InvokeDynamic	18

上面的0x0016翻譯成十進(jìn)制是22，那么常量池中有21個(gè)常量，因?yàn)槌Ａ砍刂兴饕菑?開(kāi)始計(jì)數(shù)的，所以常量索引范圍是1~21。

00000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 16 0a 00 04 00 12 09 |.......4........|復(fù)制代碼

接下看常量池的第一個(gè)常量, tag是0x0a, 查上面的常量表就是CONSTANT_Methodref，表示接下來(lái)定義的是一個(gè)方法，知道類型后，我們可以查一下CONSTANT_Methodref的結(jié)構(gòu)，這里可以參考Oracle的官方文檔The class File Format,

CONSTANT_Methodref_info {u1 tag;u2 class_index;u2 name_and_type_index; }復(fù)制代碼

由于.class文件是無(wú)間隔的二進(jìn)制文件，所以接著讀：

• tag: 0x0a,上面已經(jīng)說(shuō)了指代CONSTANT_Methodref常量
• class_index：指向常量池中CONSTANT_Class_info類型的常量，代表上面方法的名稱
• name_and_type_index : 指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info常量，是對(duì)方法的描述

因?yàn)閏lass_index占兩個(gè)字節(jié)，所以緊接著讀到了0x0004,也就是4，指向常量池中的第4個(gè)常量，name_and_type_index是0x0012，指向第18個(gè)常量。后面會(huì)分析到第4和第18個(gè)常量。

繼續(xù)往下讀，到第一行的最末了，是個(gè)0x09,指示的是CONSTANT_Fieldref，表示接下來(lái)是對(duì)一個(gè)域的定義， 查官方文檔，格式為:

CONSTANT_Fieldref_info {u1 tag;u2 class_index;u2 name_and_type_index; }復(fù)制代碼

結(jié)構(gòu)和CONSTANT_Methodref_info一樣，這時(shí)候讀到了第二行：

00000010 00 03 00 13 07 00 14 07 00 15 01 00 01 6d 01 00 |.............m..|復(fù)制代碼

class_index為0x0003，指向第3個(gè)常量，name_and_type_index為0x0013指向第13個(gè)常量。這時(shí)候繼續(xù)往后讀，終于讀到第3個(gè)常量了。此時(shí)tag是0x07，查表可得為CONSTANT_Class類型，此類型的常量代表一個(gè)類或者接口的符號(hào)引用，CONSTANT_Class的結(jié)構(gòu)：

CONSTANT_Class_info {u1 tag;u2 name_index; }復(fù)制代碼

tag是7， name_index是0x0014，十進(jìn)制就是20，指向第20個(gè)常量，這樣我們已經(jīng)讀了很多個(gè)字節(jié)了。但是這樣解析下去很累，還好java自帶的javap工具可以幫我們分析出字節(jié)碼的內(nèi)容。
執(zhí)行下面語(yǔ)句:

javap -verbose TestClass.class復(fù)制代碼

我們可以得到：

Last modified Nov 14, 2017; size 381 bytesMD5 checksum 102d643185c4823ef103931ff3e34462Compiled from "TestClass.java" public class com.shuqing28.TestClassminor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:#1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Fieldref #3.#19 // com/shuqing28/TestClass.m:I#3 = Class #20 // com/shuqing28/TestClass#4 = Class #21 // java/lang/Object#5 = Utf8 m#6 = Utf8 I#7 = Utf8 <init>#8 = Utf8 ()V#9 = Utf8 Code#10 = Utf8 LineNumberTable#11 = Utf8 LocalVariableTable#12 = Utf8 this#13 = Utf8 Lcom/shuqing28/TestClass;#14 = Utf8 inc#15 = Utf8 ()I#16 = Utf8 SourceFile#17 = Utf8 TestClass.java#18 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V#19 = NameAndType #5:#6 // m:I#20 = Utf8 com/shuqing28/TestClass#21 = Utf8 java/lang/Object {public com.shuqing28.TestClass();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLIC ...//省略復(fù)制代碼

這里我們可以看到Constant pool字段，后面依次列出了21個(gè)常量，可以看出第一個(gè)是Methodref型的常量，class_index指向第4個(gè)常量，第4個(gè)常量呢是CONSTANT_Class類型，name_index又指向第20個(gè)常量，可知是一個(gè)CONSTANT_Utf8類型的常量，前面沒(méi)說(shuō)到CONSTANT_Utf8，下面是它的結(jié)構(gòu):

CONSTANT_Utf8_info {u1 tag;u2 length;u1 bytes[length]; }復(fù)制代碼

第一位tag為1，length指示字符數(shù)組的長(zhǎng)度，bytes[length]是使用UTF-8縮略編碼表示的字符串，這里解析出來(lái)是com/shuqing28/TestClass，即類的全限定名。

繼續(xù)回到第一個(gè)Methodref常量，它的name_and_type_index值是18, 繼續(xù)找到第18個(gè)常量，是CONSTANT_NameAndType_info類型，代表的是一個(gè)方法的信息：

CONSTANT_NameAndType_info {u1 tag;u2 name_index;u2 descriptor_index; }復(fù)制代碼

name_index指向了常量7， 即#7 = Utf8 <init>, 是一個(gè)CONSTANT_Utf8_info類型，值為,這個(gè)是方法的名稱，descriptor_index指向了常量8，即#8 = Utf8 ()V,是方法的描述，下文會(huì)說(shuō)這個(gè)表達(dá)式是什么意思。
這樣我們就可以一一把這21個(gè)常量分析清楚了。

其實(shí)Class文件就是在一開(kāi)始列出了一堆常量，后面的各種描述都是各種index，指向前面常量池中的各種常量，來(lái)描述整個(gè)類的定義。就像有一本字典，我們使用字典中的字來(lái)造我們的句子，只不過(guò)Class文件中造句是有嚴(yán)格格式規(guī)定的，下面的內(nèi)容基本都按照固定格式，無(wú)間隔的描述一個(gè)類的內(nèi)容。

4. 訪問(wèn)標(biāo)志

常量池結(jié)束后，緊接著的兩個(gè)字節(jié)代表訪問(wèn)標(biāo)志（access_flags）,這個(gè)標(biāo)志用于識(shí)別一些類或者接口的訪問(wèn)信息，包括這個(gè)Class是類還是接口，是否是public的,是否是abstract，是否是final的。
訪問(wèn)標(biāo)記含義如下表：

標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_FINAL	0x0010	Declared final; no subclasses allowed.
ACC_SUPER	0x0020	Treat superclass methods specially when invoked by the invokespecial instruction.
ACC_INTERFACE	0x0200	Is an interface, not a class.
ACC_ABSTRACT	0x0400	Declared abstract; must not be instantiated.
ACC_SYNTHETIC	0x1000	Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ANNOTATION	0x2000	Declared as an annotation type.
ACC_ENUM	0x4000	Declared as an enum type.

access_flags中一共有16個(gè)標(biāo)志位可用，當(dāng)前只定義了8個(gè)，別的都為0，TestClass是public類型的，且使用JDK1.2以后的編譯器進(jìn)行編譯的（使用JDK1.2以后的編譯器編譯，這個(gè)值都為真），別的標(biāo)志都為假。所以access_flags的值應(yīng)為：0x0001|0x0020 = 0x0021。我們找到剛才常量池最后一行的地方：

000000e0 65 63 74 00 21 00 03 00 04 00 00 00 01 00 02 00 |ect.!...........|復(fù)制代碼

65 63 74分別對(duì)應(yīng)ect，緊接著是0x0021,與我們的分析結(jié)果一致。

5.類索引、父類索引與接口索引集合

引用文章開(kāi)頭的ClassFile的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這三項(xiàng)定義為：

u2 this_class;u2 super_class;u2 interfaces_count;u2 interfaces[interfaces_count];復(fù)制代碼

類索引和父類索引都是u2類型的數(shù)據(jù)，而接口索引首先給出了接口的數(shù)量，然后才是一個(gè)包含接口的數(shù)組。這三個(gè)值揭示了一個(gè)類的繼承關(guān)系。

000000e0 65 63 74 00 21 00 03 00 04 00 00 00 01 00 02 00 |ect.!...........|復(fù)制代碼

接著前面的0x0021看，類索引為0x0003，指示常量池第3個(gè)常量，查上文可得#3 = Class #20 // com/shuqing28/TestClass,第3個(gè)常量又指向第20個(gè)常量，而第20個(gè)常量是一個(gè)CONSTANT_Utf8變量，其值為com/shuqing28/TestClass，表示類的全限定名字符串。
接下來(lái)的是0x0004是父類索引，指向常量池中第4個(gè)常量，即#4 = Class #21 // java/lang/Object, 又指向第21個(gè)變量，即java/lang/Object，我們知道Object是所有類的父類。
接下來(lái)的是0x0000，可見(jiàn)TestClass沒(méi)有實(shí)現(xiàn)任何接口。

6.字段表集合

字段表用于描述接口或者類中聲明的變量。字段包括類級(jí)別的變量以及實(shí)例級(jí)的變量，但是不包括方法內(nèi)的局部變量。一個(gè)Java字段可以包括以下信息：字段的作用域、是實(shí)例變量還是類變量、是否是final、并發(fā)可見(jiàn)性（volatile），是否可以被序列化（transient）、字段數(shù)據(jù)類型。下面是字段表具體結(jié)構(gòu)：

field_info {u2 access_flags;u2 name_index;u2 descriptor_index;u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count]; }復(fù)制代碼

再看access_flags可以取以下值：

標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_PRIVATE	0x0002	Declared private; usable only within the defining class.
ACC_PROTECTED	0x0004	Declared protected; may be accessed within subclasses.
ACC_STATIC	0x0008	Declared static.
ACC_FINAL	0x0010	Declared final; never directly assigned to after object construction (JLS §17.5).
ACC_VOLATILE	0x0040	Declared volatile; cannot be cached.
ACC_TRANSIENT	0x0080	Declared transient; not written or read by a persistent object manager.
ACC_SYNTHETIC	0x1000	Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ENUM	0x4000	Declared as an element of an enum.

一般來(lái)說(shuō)，ACC_PUBLIC、ACC_PRIVATE、ACC_PROTECTED三個(gè)標(biāo)志最多只能存在一個(gè)，其它標(biāo)志都按照J(rèn)ava語(yǔ)言本身的性質(zhì)來(lái)。

在access_flags標(biāo)志的后面是兩項(xiàng)索引值name_index,descriptor_index，兩個(gè)都是指向常量池的索引，分別代表字段的簡(jiǎn)單名稱以及字段和方法的描述符。

這里我們梳理下簡(jiǎn)單名稱、描述符以及全限定名這三個(gè)詞對(duì)應(yīng)的概念：
全限定名：前面提到的com/shuqing28/TestClass就是全限定名，它把java代碼中所有的"."替換成了"/"，一般使用";"結(jié)尾。
簡(jiǎn)單名稱：不帶類型和修飾的方法或者字段名，上文中的代碼里就是"inc"和"m"
至于方法描述符，描述的是數(shù)據(jù)類型、方法的參數(shù)列表和返回值。我們知道在C++中重載函數(shù)時(shí)函數(shù)實(shí)際上是換了名字的，包含了函數(shù)的參數(shù),例如add(int x, int y),在編譯后可能是Add_Int_Int, 但是在Java中我們把基本數(shù)據(jù)類型都用一個(gè)大寫字符來(lái)表示，而對(duì)象類則是使用L+對(duì)象的全限定名來(lái)表示。

描述符標(biāo)識(shí)字符含義：

標(biāo)識(shí)字符含義

B	byte
C	char
D	double
F	float
I	int
J	long
S	short
Z	boolean
V	void
L	Object, 例如 Ljava/lang/Object

對(duì)于數(shù)組，前面加[就行，如java.lang.String[][]，表達(dá)為[[java/lang/String, int[] 就被記錄為[I。
用描述符描述方法時(shí)，按照參數(shù)列表，返回值的順序描述，參數(shù)列表還需要放在括號(hào)內(nèi)。比如前文提及的"() V" 就表示一個(gè)參數(shù)為空，返回值為void的方法，即代碼中的void inc()方法。

舉個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的， int indexOf(char[] source, int sourceOffset, int sourceCount, char[] target, int targetOffset, int targetCount, int fromIndex),其描述符為([CII[CIII) I。

繼續(xù)分析我們前文中提及的程序的二進(jìn)制代碼：

000000e0 65 63 74 00 21 00 03 00 04 00 00 00 01 00 02 00 |ect.!...........| 000000f0 05 00 06 00 00 00 02 00 01 00 07 00 08 00 01 00 |................|復(fù)制代碼

上一小節(jié)我們分析到第一行的0x0000了，接下來(lái)的是0x01,這個(gè)值其實(shí)代表了字段表的個(gè)數(shù)，我們的代碼里只包含一個(gè)字段。接下來(lái)的是0x0002，這個(gè)字段是access_flags標(biāo)志，查詢后可知為ACC_PRIVATE，再接下來(lái)是0x0005, 從常量表清單上可以查到是#5 = Utf8 m, 再接著是descriptor_index， 其值為0x0006，查一下常量池為#6 = Utf8 I，可知這一句為private int m;

一般來(lái)說(shuō)，在decriptor_index后，還有個(gè)屬性集合用于存儲(chǔ)一些額外信息，而0x0000代表沒(méi)有屬性字段。
如果把m字段聲明為private static int m = 123; 則可能多一個(gè)ConstantValue屬性，指向常量值123。

7.方法表集合

方法表集合和字段表集合非常相似，結(jié)構(gòu)也是：

method_info {u2 access_flags;u2 name_index;u2 descriptor_index;u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count]; }復(fù)制代碼

只不過(guò)在訪問(wèn)標(biāo)志和屬性表集合的可選項(xiàng)有所不同。例如access_flags有以下可選值:

標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_PRIVATE	0x0002	Declaredprivate; accessible only within the defining class.
ACC_PROTECTED	0x0004	Declaredprotected; may be accessed within subclasses.
ACC_STATIC	0x0008	Declaredstatic.
ACC_FINAL	0x0010	Declaredfinal; must not be overridden
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	Declaredsynchronized; invocation is wrapped by a monitor use.
ACC_BRIDGE	0x0040	A bridge method, generated by the compiler.
ACC_VARARGS	0x0080	Declared with variable number of arguments.
ACC_NATIVE	0x0100	Declarednative; implemented in a language other than Java.
ACC_ABSTRACT	0x0400	Declaredabstract; no implementation is provided.
ACC_STRICT	0x0800	Declaredstrictfp; floating-point mode is FP-strict.
ACC_SYNTHETIC	0x1000	Declared synthetic; not present in the source code.

可以看出，方法里增加了像ACC_SYNCHRONIZED,ACC_NATIVE,ACC_STRICT, ACC_ABSTRACT, 分別對(duì)應(yīng)著synchronized、native、strictfp、abstract這些只能修飾方法的關(guān)鍵字。

現(xiàn)在我們就可以繼續(xù)分析我們程序的二進(jìn)制代碼了。

000000f0 05 00 06 00 00 00 02 00 01 00 07 00 08 00 01 00 |................| 00000100 09 00 00 00 2f 00 01 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 |..../........*..|復(fù)制代碼

上一小節(jié)我們剛剛分析到000000f0行的0x0000，接下來(lái)的是0x0002，代表有兩個(gè)方法，接下來(lái)的幾個(gè)字節(jié)是

• 0x0001：訪問(wèn)標(biāo)記是ACC_PUBLIC
• 0x0007：名稱索引指向第7個(gè)常量：
• 0x0008：描述符索引指向第8個(gè)常量：()V
• 0x0001：屬性有一個(gè)
• 0x0009：屬性指向第9個(gè)常量，Code

我們正好有疑問(wèn)，方法定義有了，方法體在哪呢，答案就是上面分析的最后一個(gè)Code。下一節(jié)就說(shuō)說(shuō)屬性表集合的各種可能。

8.屬性表集合

屬性表(attribute_info)在前面已經(jīng)多次提及，Class文件、字段表、方法表中都可以攜帶自己的屬性表集合，用于描述某些場(chǎng)景轉(zhuǎn)有的信息。
屬性表并沒(méi)有嚴(yán)格限制順序，只要不與已有屬性名重復(fù)，任何人實(shí)現(xiàn)的編譯器都可以添加自己定義的屬性信息，以下是一些預(yù)定義的屬性：

屬性名稱使用位置含義

SourceFile	ClassFile	記錄源文件的名稱
InnerClasses	ClassFile	內(nèi)部類列表
EnclosingMethod	ClassFile	內(nèi)部類才有這個(gè)屬性，用于標(biāo)識(shí)這個(gè)類所在的外圍方法
SourceDebugExtension	ClassFile	用于存儲(chǔ)額外的調(diào)試信息，JDK1.6中新增
BootstrapMethods	ClassFile	用于保存invokeddynamic指令引用的引導(dǎo)方法限定符,JDK1.7中新增
ConstantValue	field_info	final關(guān)鍵字定義的常量值
Code	method_info	Java代碼編譯成的字節(jié)碼指令
Exceptions	method_info	方法拋出的異常
RuntimeVisibleParameterAnnotations, RuntimeInvisibleParameterAnnotations	method_info	指明哪些參數(shù)是運(yùn)行時(shí)可見(jiàn)的，哪些是運(yùn)行時(shí)不可見(jiàn)的，JDK1.5中新增
AnnotationDefault	method_info	記錄注解類元素的默認(rèn)值,JDK1.5中新增的
MethodParameters	method_info	記錄方法的參數(shù)信息，比如它們的名字，訪問(wèn)級(jí)別，JDK1.8新增
Synthetic	ClassFile, field_info, method_info	表示方法或字段是編譯器自動(dòng)生成的
Deprecated	ClassFile, field_info, method_info	被聲明為deprecated的字段
Signature	ClassFile, field_info, method_info	用于支持泛型情況下的方法簽名，在Java語(yǔ)言中，如果任何類、接口、初始化方法或者成員的泛型簽名包含了類型變量或者參數(shù)化類型，則Signature屬性會(huì)為它記錄泛型簽名信息。由于Java的泛型采用擦除法實(shí)現(xiàn)，在為了避免類型信息被擦除后導(dǎo)致簽名混亂，需要這個(gè)屬性記錄泛型中的相關(guān)信息。JDK1.5中新增
RuntimeVisibleAnnotations, RuntimeInvisibleAnnotations	ClassFile, field_info, method_info	為動(dòng)態(tài)注解提供支持，指明哪些是注解是運(yùn)行時(shí)可見(jiàn)的，哪些是運(yùn)行時(shí)不可見(jiàn)的，JDK1.5中新增
LineNumberTable	Code	Java源碼的行號(hào)與字節(jié)碼指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系
LocalVariableTable	Code	方法的局部變量描述
LocalVariableTypeTable	Code	使用特征簽名代替描述符，是為了引入泛型語(yǔ)法之后能描述泛型參數(shù)化類型而添加，JDK1.5中新增
StackMapTable	Code	供新的類型檢查驗(yàn)證器(Type Checker)檢查和處理目標(biāo)方法的局部變量和操作棧所需要的類型是否匹配，JDK1.6新增
RuntimeVisibleTypeAnnotations, RuntimeInvisibleTypeAnnotations	ClassFile, field_info, method_info, Code	記錄運(yùn)行時(shí)類型上注解的可見(jiàn)性，也包括運(yùn)行時(shí)類型參數(shù)的注解的可見(jiàn)性

下面具體說(shuō)一說(shuō)一些比較重要的屬性：

Code屬性

首先來(lái)看Code屬性的結(jié)構(gòu)：

Code_attribute {u2 attribute_name_index;u4 attribute_length;u2 max_stack;u2 max_locals;u4 code_length;u1 code[code_length];u2 exception_table_length;{ u2 start_pc;u2 end_pc;u2 handler_pc;u2 catch_type;} exception_table[exception_table_length];u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count]; }復(fù)制代碼

• attribute_name_index： 占兩個(gè)字節(jié)，指向CONSTANT_Utf8_info常量，表示屬性名，這里固定是"Code"
• attribute_length：屬性值的長(zhǎng)度，由于attribute_name_index和attribute_length占6個(gè)字節(jié)，所以attribute_length為屬性表長(zhǎng)度減6
• max_statck: 操作數(shù)棧深度的最大值，在方法執(zhí)行時(shí)，操作數(shù)棧不能超過(guò)這個(gè)值
• max_locals： 局部變量所需的存儲(chǔ)空間。max_locals的單位是Slot,Slot是虛擬機(jī)為局部變量分配的最小單位，對(duì)于byte,char,float,int,short,boolean和returnAddress等長(zhǎng)度不超過(guò)32位的數(shù)據(jù)類型，都只占一個(gè)slot，而double和long 這種64為的數(shù)據(jù)都是需要占用兩個(gè)slot。方法參數(shù)（包括隱藏的this）、異常處理器的參數(shù)、方法體定義的局部變量都需要局部變量表來(lái)存放。但是max_locals并不是所有局部變量所占的slot之和，因?yàn)閟lot可以重用，當(dāng)一個(gè)變量超出作用域了，該slot又會(huì)給別的局部變量使用，編譯器會(huì)根據(jù)作用域計(jì)算max_locals。
• code_length: 編譯器編譯后的字節(jié)碼長(zhǎng)度
• code: 用于存儲(chǔ)字節(jié)碼指令的一系列字節(jié)流，每個(gè)指令是一個(gè)u1類型的單字節(jié)，當(dāng)虛擬機(jī)讀到該字節(jié)時(shí)，就可以知道是什么指令，知道是什么指令，就知道指令需要什么操作數(shù)，繼續(xù)讀就可以了，這里類似于匯編，u1的取值范圍是0~255，可以表達(dá)256條指令。Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義了約200條指令，參看Instructions。關(guān)于這部分內(nèi)容以后再寫博客介紹了。
• exception_table_length：異常表的長(zhǎng)度
• exception_table： 異常表對(duì)于Code來(lái)說(shuō)并不是必須存在的，所以上述長(zhǎng)度也可以為0，異常表有4個(gè)屬性，代表著如果在start_pc到end_pc之間出現(xiàn)catch_type類型的異常，就跳轉(zhuǎn)到handler_pc所指向的行處理。

Exceptions屬性

Exceptions屬性在方法表中與Code屬性平級(jí)，注意和上面Code中的異常表不同，Exceptions屬性的作用是列出方法可能拋出的異常，Exceptions屬性表的結(jié)構(gòu)：

Exceptions_attribute {u2 attribute_name_index;u4 attribute_length;u2 number_of_exceptions;u2 exception_index_table[number_of_exceptions]; }復(fù)制代碼

• number_of_exceptions: 可能拋出的異常種類的個(gè)數(shù)
• exception_index_table:指向常量池中CONSTANT_Class_info的索引

LineNumberTable屬性

LineNumber用來(lái)記錄Java源碼與字節(jié)碼行號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們?cè)诰幾g代碼時(shí)也可以使用-g: none或-g: line來(lái)取消生成這個(gè)屬性，不過(guò)在調(diào)試代碼時(shí)就看不到行號(hào)了，也無(wú)法打斷點(diǎn)。

LineNumberTable的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

LineNumberTable_attribute {u2 attribute_name_index;u4 attribute_length;u2 line_number_table_length;{ u2 start_pc;u2 line_number; } line_number_table[line_number_table_length]; }復(fù)制代碼

我們主要看line_number_table，start_pc是字節(jié)碼行號(hào)，line_number是Java源碼行號(hào)。

LocalVariableTable屬性

LocalVariableTable屬性用于描述棧幀中局部變量表中的變量與Java源碼中定義的變量之間的關(guān)系，我們?cè)诰幾g代碼時(shí)也可以使用-g: none或-g: vars來(lái)取消生成這個(gè)屬性，但是如果取消的話，IDE會(huì)用arg0,arg1這樣的參數(shù)來(lái)取代原有的參數(shù)名，導(dǎo)致調(diào)試時(shí)不清晰。
LocalVariableTable的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

LocalVariableTable_attribute {u2 attribute_name_index;u4 attribute_length;u2 local_variable_table_length;{ u2 start_pc;u2 length;u2 name_index;u2 descriptor_index;u2 index;} local_variable_table[local_variable_table_length]; }復(fù)制代碼

主要介紹local_variable_table：

• start_pc和length： 分別代表了這個(gè)局部變量的生命周期開(kāi)始的字節(jié)碼偏移量以及作用范圍覆蓋的長(zhǎng)度
• name_index和descriptor_index：分別指向代表局部變量名稱和局部變量描述符的常量
• index： 是該局部變量在局部變量表中的slot位置，如果變量時(shí)double 或者long類型的，占用的slot為index和index+1兩個(gè)。

ConstantValue屬性

ConstantValue是一個(gè)定長(zhǎng)屬性，用來(lái)通知虛擬機(jī)為靜態(tài)變量賦值，如果同時(shí)定義了int x=3;和static int y=3;則虛擬機(jī)為x,y賦值的時(shí)機(jī)不同，對(duì)于x，是在實(shí)例構(gòu)造器<init>中進(jìn)行的，而static類型的變量，則會(huì)在類構(gòu)造器<clinit>方法中或者使用ConstantValue屬性。
目前javac編譯器的規(guī)則是，如果同時(shí)有final和static修飾，則是使用ConstantValue屬性，只有static時(shí)，并且變量類型是基本類型或者String時(shí)，就會(huì)在<clinit>中進(jìn)行初始化。

InnerClasses屬性

如果類中定義了內(nèi)部類，則會(huì)使用InnerClasses屬性來(lái)記錄內(nèi)部類和宿主的關(guān)系。
InnerClasses的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

InnerClasses_attribute {u2 attribute_name_index;u4 attribute_length;u2 number_of_classes; //記錄有多少個(gè)內(nèi)部類{ u2 inner_class_info_index;u2 outer_class_info_index;u2 inner_name_index;u2 inner_class_access_flags;} classes[number_of_classes]; }復(fù)制代碼

還是只看classes字段，inner_class_info_index指向內(nèi)部類的符號(hào)引用，outer_class_info_index指向宿主類的符號(hào)引用，inner_name_index指向內(nèi)部類的名稱，如果是匿名內(nèi)部類，則為0，inner_class_access_flags是內(nèi)部類的訪問(wèn)標(biāo)志，見(jiàn)下表：

標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	Marked or implicitly public in source.
ACC_PRIVATE	0x0002	Marked private in source.
ACC_PROTECTED	0x0004	Marked protected in source.
ACC_STATIC	0x0008	Marked or implicitly static in source.
ACC_FINAL	0x0010	Marked final in source.
ACC_INTERFACE	0x0200	Was an interface in source.
ACC_ABSTRACT	0x0400	Marked or implicitly abstract in source.
ACC_SYNTHETIC	0x1000	Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ANNOTATION	0x2000	Declared as an annotation type.
ACC_ENUM	0x4000	Declared as an enum type.

還有其它的一些屬性，如果想了解，可以看一下參考資料。

參考資料：

Java Virtual Machine Specification

Java虛擬機(jī)：JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解JVM类文件格式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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