字節(jié)碼文件概述

字節(jié)碼文件的跨平臺性

Java語言：跨平臺的語言

• 當(dāng)Java源代碼成功編譯字節(jié)碼后，如果想在不同的平臺上面運(yùn)行，則無需再次編譯

• 這個優(yōu)勢目前來說已經(jīng)不再吸引人，因?yàn)镻ython、PHP、Ruby、Lisp等有強(qiáng)大的解釋器

• 跨平臺已經(jīng)快成為一門語言的必選特性

Java虛擬機(jī)：跨語言的平臺

Java虛擬機(jī)不和包括Java在內(nèi)的任何語言綁定，它只與Class文件這種特定的二進(jìn)制文件所關(guān)聯(lián)，無論使用何種語言進(jìn)行軟件開發(fā)，只要能將源文件編譯為正確的Class文件，那么這種語言就可以這Java虛擬機(jī)上執(zhí)行。

JVM的平臺無關(guān)性

想要讓一個Java程序正確的運(yùn)行在JVM中，Java源碼就必須要被編譯為符合JVM規(guī)范的字節(jié)碼。

• 前端編譯器的主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)將符合Java語法規(guī)范的Java代碼轉(zhuǎn)換為符合JVM規(guī)范的字節(jié)碼文件

• javac是一種能夠?qū)ava源碼編譯為字節(jié)碼的前端編譯器

• javac編譯器這將Java源碼編譯為一個有效的字節(jié)碼文件過程中經(jīng)歷了4個步驟，分別是詞法解析、語法解析、語義解析以及生成字節(jié)碼

JVM結(jié)構(gòu)

Java的編譯

理解執(zhí)行引擎

前端編譯

Java源代碼的編譯結(jié)果是字節(jié)碼，那么肯定要有一種能夠?qū)ava源代碼編譯為字節(jié)碼，承擔(dān)這個責(zé)任的就是一配置在path環(huán)境變量中的javac編譯器。javac是一種能夠?qū)ava源碼編譯為字節(jié)碼的前端編譯器。

優(yōu)點(diǎn)：

許多Java語法新特性(泛型、內(nèi)部類等)，是靠前端編譯器實(shí)現(xiàn)的，而不是依賴虛擬機(jī)。

編譯成的Class文件可以直接給JVM解釋器解釋執(zhí)行，省去編譯時間，加快啟動速度。

缺點(diǎn)：

對代碼運(yùn)行效率幾乎沒有任何優(yōu)化措施。

解釋執(zhí)行效率較低，所以需要結(jié)合下面的JIT編譯。

后端編譯/JIT編譯

通過Java虛擬機(jī)(JVM)內(nèi)置的即時編譯器(Just In Time Compiler，JIT編譯器)；在運(yùn)行時把Class文件字節(jié)碼編譯成本地機(jī)器碼的過程。

優(yōu)點(diǎn)：

通過在運(yùn)行時收集監(jiān)控信息，把"熱點(diǎn)代碼"(Hot Spot Code)編譯成與本地平臺相關(guān)的機(jī)器碼，并進(jìn)行各種層次的優(yōu)化。

可以大大提高執(zhí)行效率。

缺點(diǎn)：

收集監(jiān)控信息影響程序運(yùn)行。

編譯過程占用程序運(yùn)行時間。

編譯機(jī)器碼占用內(nèi)存。

靜態(tài)提前編譯(AOT)

程序運(yùn)行前，直接把Java源碼文件編譯成本地機(jī)器碼的過程。

優(yōu)點(diǎn)：

編譯不占用運(yùn)行時間，可以做一些較耗時的優(yōu)化，并可加快程序啟動。

把編譯的本地機(jī)器碼保存磁盤，不占用內(nèi)存，并可多次使用。

缺點(diǎn)：

因?yàn)镴ava語言的動態(tài)性(如反射)帶來了額外的復(fù)雜性，影響了靜態(tài)編譯代碼的質(zhì)量，一般靜態(tài)編譯不如JIT編譯的質(zhì)量，這種方式用得比較少。

目前Java體系中主要還是采用前端編譯+JIT編譯的方式

運(yùn)作過程：

首先通過前端編譯把符合Java語言規(guī)范的程序代碼轉(zhuǎn)化為滿足JVM規(guī)范所要求Class格式。

然后程序啟動時Class格式文件發(fā)揮作用，解釋執(zhí)行，省去編譯時間，加快啟動速度。

針對Class解釋執(zhí)行效率低的問題，在運(yùn)行中收集性能監(jiān)控信息，得知"熱點(diǎn)代碼"。

JIT逐漸發(fā)揮作用，把越來越多的熱點(diǎn)代碼"編譯優(yōu)化成本地代碼，提高執(zhí)行效率。

透過字節(jié)碼指令看代碼細(xì)節(jié)

面試題

類文件結(jié)構(gòu)有幾個部分？

知道字節(jié)碼嗎？字節(jié)碼都有哪些？Integer x = 5; int y = 5; 比較 x == y 都經(jīng)歷哪些步驟？

image

首先在聲明Integer x的時候會調(diào)用Integer.valueOf方法，首先看下這個方法

public?static?Integer?valueOf(int?i)?{
????????if?(i?>=?IntegerCache.low?&&?i?<=?IntegerCache.high)
????????????return?IntegerCache.cache[i?+?(-IntegerCache.low)];
????????return?new?Integer(i);
}

如果所傳入的值是-128~127之間，就只用靜態(tài)內(nèi)部類的cache數(shù)組，否則就new一個新的對象。

這也表明為什么 Integer x = 128; Integer y = 128; x != y 的原因。

之后可以看到調(diào)用了 Integer.intValue 進(jìn)行自動拆箱操作，使得 x 變成 int 類型進(jìn)行比較。

虛擬機(jī)的基石：Class文件

• 字節(jié)碼文件里是什么？

  源代碼經(jīng)過編譯器編譯之后便生成一個字節(jié)碼文件，字節(jié)碼是一種二進(jìn)制的類文件，它的內(nèi)容是JVM的指令，而不像C、C++經(jīng)由編譯器直接生成機(jī)器碼。

• 什么是字節(jié)碼指令？

  Java虛擬機(jī)的指令，由一個字節(jié)長度的、代表著某種特定操作含義的操作碼(opcode)，以及跟隨其后的零至多個代表此操作所需參數(shù)的操作數(shù)(operand)所構(gòu)成。虛擬機(jī)中許多指令并不包含操作數(shù)，只有一個操作碼。

  比如 aload_1 (操作碼) 、aload 4 (操作碼 + 操作數(shù))，因?yàn)閍load只有0、1、2、3所以如果想繼續(xù)擴(kuò)充，就要用到操作數(shù)。

  image

Class文件結(jié)構(gòu)

• Class類的本質(zhì)

  由于一個Class文件都對應(yīng)著唯一一個類或接口的定義信息，但反過來說，Class文件實(shí)際上它并不一定以磁盤文件形式存在。Class文件是一組以8位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進(jìn)制流。

• Class文件格式

  Class的結(jié)構(gòu)不像 XML 等描述語言，由于它沒有任何分割符號，所以這其中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，無論是字節(jié)順序還是數(shù)量，都是被嚴(yán)格限定的，哪個字節(jié)代表什么含義、長度多少、先后順序，都不允許改變。

  Class文件格式采用一種類似于C語言結(jié)構(gòu)體的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，這種結(jié)構(gòu)中只有兩種數(shù)據(jù)類型：無符號數(shù)和表。

• 無符號數(shù)屬于基本數(shù)據(jù)類型，以 u1 、u2 、u4、u8 來分別代表1個字節(jié)、2個字節(jié)、4個字節(jié)和8個字節(jié)的無符號數(shù)，無符號數(shù)可以用來描述數(shù)字、索引引用、數(shù)量值或者按照UTF-8編碼構(gòu)成字符串值。

• 表是由多個無符號數(shù)或者其它表作為數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型，所有表都習(xí)慣性地以"_info"結(jié)尾。表用于描述有層次關(guān)系的復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，整個Class文件本質(zhì)就是一張表，由于表沒有固定長度，所以通常會其前面加上個數(shù)說明。

• Class文件結(jié)構(gòu)概述

  Class文件的結(jié)構(gòu)并不是一成不變的，隨著Java虛擬機(jī)的不斷發(fā)展，總是不可避免地會對Class文件結(jié)構(gòu)做出一些調(diào)整，但是基本結(jié)構(gòu)和框架是非常穩(wěn)定的。

  結(jié)構(gòu)如下：

• 魔數(shù)

• Class文件版本

• 常量池

• 訪問標(biāo)志

• 類索引，父類索引，接口索引集合

• 字段表集合

• 方法表集合

• 屬性表集合

  image類型名稱說明長度數(shù)量

  u4	magic	魔數(shù),識別Class文件格式	4個字節(jié)	1
  u2	minor_version	副版本號(小版本)	2個字節(jié)	1
  u2	major_version	主版本號(大版本)	2個字節(jié)	1
  u2	constant_pool_count	常量池計數(shù)器	2個字節(jié)	1
  cp_info	constant_pool	常量池表	n個字節(jié)	constant_pool_count-1
  u2	access_flags	訪問標(biāo)識	2個字節(jié)	1
  u2	this_class	類索引	2個字節(jié)	1
  u2	super_class	父類索引	2個字節(jié)	1
  u2	interfaces_count	接口計數(shù)器	2個字節(jié)	1
  u2	interfaces	接口索引集合	2個字節(jié)	interfaces_count
  u2	fields_count	字段計數(shù)器	2個字節(jié)	1
  field_info	fields	字段表	n個字節(jié)	fields_count
  u2	methods_count	方法計數(shù)器	2個字節(jié)	1
  method_info	methods	方法表	n個字節(jié)	methods_count
  u2	attributes_count	屬性計數(shù)器	2個字節(jié)	1
  attribute_info	attributes	屬性表	n個字節(jié)	attributes_count

字節(jié)碼文件解析

首先我們創(chuàng)建一個簡單的源碼：

public?class?Demo?{
????private?int?num?=?1;

????public?int?add()?{
????????num?=?num?+?2;
????????return?num;
????}
}

通過 javac 命令編譯后可以看到Class文件內(nèi)容：

public?class?Demo?{
????private?int?num?=?1;

????public?Demo()?{
????}

????public?int?add()?{
????????this.num?+=?2;
????????return?this.num;
????}
}

為什么編譯以后增加了無參構(gòu)造器，以及this關(guān)鍵字，我們一點(diǎn)點(diǎn)分析。

之后我們使用Notepad++,需要安裝一個HEX-Editor插件來打開這個Class文件就可以看到下圖內(nèi)容。

image

這里就直接使用 excel 來清晰解釋具體內(nèi)容。

image

魔數(shù)：Class文件的標(biāo)志

• 每個Class文件開頭的4個字節(jié)的無符號整數(shù)成為魔數(shù)(Magic Number)

• 它的唯一作用就是確定這個文件是否為一個能被虛擬機(jī)接受的有效合法的Class文件。即：魔數(shù)是Class文件的標(biāo)識符。

• 魔數(shù)值固定為0xCAFEBABE

• 如果一個Class文件不以0xCAFEBABE開頭，虛擬機(jī)在進(jìn)行文件校驗(yàn)的時候就會直接拋出ClassFormatError錯誤。

• 使用魔數(shù)而不是擴(kuò)展名來識別主要是基于安全方面考慮，因?yàn)槲募U(kuò)展名是可以隨意改變的。

  Class文件版本號

• 緊接著魔數(shù)的 4 個字節(jié)是 Class文件的版本號。同樣也是4個字節(jié)。第5個和第6個字節(jié)所代表的的含義就是編譯的副版本號minor_version，而第7個和第8個字節(jié)就是編譯的主版本號major_version。

• 它們共同構(gòu)成了Class文件的格式版本號。譬如某個Class文件的主版本號為M，副版本號為m，那么這個Class文件的格式版本號就是 M.m。

• 版本號和Java編譯器的對應(yīng)關(guān)系表如下：

  主版本(十進(jìn)制)副版本(十進(jìn)制)編譯器版本

  45	3	1.1
  46	0	1.2
  47	0	1.3
  48	0	1.4
  49	0	1.5
  50	0	1.6
  51	0	1.7
  52	0	1.8
  53	0	1.9
  54	0	1.10
  55	0	1.11

• Java的版本號是從45開始的，JDK 1.1 之后的每個JDK大版本發(fā)布主版本號向上加1。

• 不同版本的Java編譯器編譯的Class文件對應(yīng)的版本是不一樣的。目前，高版本的Java虛擬機(jī)可以執(zhí)行低版本編譯器編譯的Class文件，但是低版本的Java虛擬機(jī)不能執(zhí)行由高版本編譯器生成的Class文件。否則JVM會拋出java.lang.UnsupportedClassVersionError異常。

常量池：存放所有常量

• 常量池是Class文件中內(nèi)容最為豐富的區(qū)域之一。常量池對于Class文件中的字段和方法解析有著至關(guān)重要的作用。

• 隨著Java虛擬機(jī)的不斷發(fā)展，常量池的內(nèi)容也日漸豐富。可以說，常量池是整個Class文件的基石。

• 在版本號之后，緊跟著的就是常量池的數(shù)量，以及若干個常量池表項(xiàng)。

• 常量池中常量的數(shù)量是不固定的，所以需要一個u2類型的無符號數(shù)，代表著常量池容量計數(shù)器(constant_pool_count)，與Java語言習(xí)慣不一樣的是，容量計數(shù)器是從1開始而不是0。

• 常量池表項(xiàng)中，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時常量池中存放。

常量池計數(shù)器

• 由于常量池的數(shù)量不固定，所以需要放置兩個字節(jié)來表示常量池容量計數(shù)器。

• 常量池計數(shù)器(u2類型)：從1開始，表示常量池中有多少項(xiàng)常量。即constant_pool_count = 1表示常量池中有0個常量池。

• 我們看剛才舉例的Demo：其值為0x0016，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制也就是22。

  image

  但是實(shí)際中只有21項(xiàng)常量，范圍是1-21。

這里的常量池把第0項(xiàng)空出來了，為了滿足后面某些指向常量池的索引值的數(shù)據(jù)在特定情況下需要表達(dá)"不引用任何一個常量池項(xiàng)"的含義，這種情況可以使用索引0來表示。

常量池表

• constant_pool是一種表及結(jié)構(gòu)，以1 ~ constant_pool_count - 1 為索引。表明后面有多少個常量項(xiàng)。

• 常量池主要存放放兩大類變量：字面量(Literal)和符號引用(Symbolic Reference)。

• 它包含了Class文件結(jié)構(gòu)及其子結(jié)構(gòu)中引用的所有字符串常量、類、或接口名、字段名、和其它常量。常量池中的每一項(xiàng)都具有相同特征。第1個字節(jié)作為類型標(biāo)記，用于確定該項(xiàng)的格式，這個字節(jié)成為tag byte (標(biāo)記字節(jié))。

字面量和符號引用

常量池主要存放放兩大類變量：字面量(Literal)和符號引用(Symbolic Reference)。

常量具體的常量

字面量	文本字符串
	聲明為final的常量值
符號引用	類和接口的全限定名
	字段和名稱的描述符
	方法的名稱和描述符

全限定名

com/test/Demo這個就是類的全限定名，僅僅是把包名的"."替換成了"/"，為了使連續(xù)的多個全限定名之間不產(chǎn)生混淆，在使用時最后一般會加入一個";"表示全限定名結(jié)束。

簡單名稱

簡單名稱是指沒有類型和參數(shù)修飾的方法或者字段名稱，上面例子中的類的add()方法，和num字段的簡單名稱分別是add和num。

描述符

描述符的作用是用來描述字段的數(shù)據(jù)類型、方法的參數(shù)列表(包括數(shù)量、類型以及順序)和返回值。根據(jù)描述符規(guī)則，基本數(shù)據(jù)類型(boolean，byte，char，short，int，float，long，double)以及代表無返回值的void類型都用一個大寫字符來表示，而對象類型則用字符L加對象的全限定名來表示：

標(biāo)志符含義

B	基本數(shù)據(jù)類型byte
C	基本數(shù)據(jù)類型char
D	基本數(shù)據(jù)類型double
F	基本數(shù)據(jù)類型float
I	基本數(shù)據(jù)類型int
J	基本數(shù)據(jù)類型long
S	基本數(shù)據(jù)類型short
Z	基本數(shù)據(jù)類型boolean
V	代表void類型
L	對象類型，比如：Ljava/lang/Object;
[	數(shù)組類型，代表一維數(shù)組。比如：double[][][] = [[[D

public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Object[]?arr?=?new?Object[10];
????????System.out.println(arr);//[Ljava.lang.Object;@14ae5a5

????????Long[][]?longs?=?new?Long[10][10];
????????System.out.println(longs);//[[Ljava.lang.Long;@7f31245a

????????int[][]?ints?=?new?int[10][10];
????????System.out.println(ints);//[[I@7f31245a
}

需要注意的是，用描述符來描述方法的時候，先參數(shù)列表后返回值的順序描述，參數(shù)列表按照參數(shù)的嚴(yán)格順序放在一組小括號"()"內(nèi)。

虛擬機(jī)在加載Class文件時才會進(jìn)行動態(tài)鏈接，也就是說，Class文件中不會保存各個方法和字段的最終內(nèi)存布局信息，因此，這些字段和方法的符號引用不經(jīng)過轉(zhuǎn)換是無法直接被虛擬機(jī)使用的。當(dāng)虛擬機(jī)運(yùn)行時，需要從常量池中獲得對應(yīng)的符號引用，再在類加載過程中的解析階段將其替換為直接引用，并翻譯到具體的內(nèi)存地址中。

• 符號引用：符號引用以一組符號來描述所引用的目標(biāo)，符號可以是任何形式的字面量，只要使用時無歧義地定位到目標(biāo)即可。符號引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局無關(guān)，引用的目標(biāo)并不一定已經(jīng)加載到了內(nèi)存中。

• 直接引用：直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或是一個能間接定位到目標(biāo)的句柄。直接引用是與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)的，同一個符號引用在不同虛擬機(jī)實(shí)例上翻譯出來一般不會相同。如果有了直接引用，則說明引用的目標(biāo)必定存在內(nèi)存之中。

常量類型和結(jié)構(gòu)

類型標(biāo)志(或標(biāo)識)描述

CONSTANT_utf8_info	1	UTF-8編碼的字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整型字面量
CONSTANT_Float_info	4	浮點(diǎn)型字面量
CONSTANT_Long_info	5	長整型字面量
CONSTANT_Double_info	6	雙精度浮點(diǎn)型字面量
CONSTANT_Class_info	7	類或接口的符號引用
CONSTANT_String_info	8	字符串類型字面量
CONSTANT_Fieldref_info	9	字段的符號引用
CONSTANT_Methodref_info	10	類中方法的符號引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符號引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的符號引用
CONSTANT_MethodHandle_info	15	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	16	標(biāo)志方法類型
CONSTANT_InvokeDynamic_info	18	表示一個動態(tài)方法調(diào)用點(diǎn)

image

從上面的圖中可以看到，雖然每一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)都不相同，但是它們有個共同點(diǎn)，就是每一項(xiàng)的第一個字節(jié)都是一個標(biāo)志位，標(biāo)識這一項(xiàng)是哪種類型的常量。

訪問標(biāo)記(access_flag)

• 在常量池后，緊接著訪問標(biāo)記，該標(biāo)記使用兩個字節(jié)表示，用于識別一些類或者接口層次的訪問信息，包括：這個Class是類還是接口；是否定義為 public 類型；是否定義為 abstract 類型；如果是類的話，是否被聲明為 final 等，詳細(xì)說明如下：

  標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

  ACC_PUBLIC	0x0001	標(biāo)志為public類型
  ACC_FINAL	0x0010	標(biāo)志被聲明為final，只有類可以設(shè)置
  ACC_SUPER	0x0020	標(biāo)志允許使用invokespecial字節(jié)碼指令的新語義，JDK1.0.2之后編譯出來的類的這個標(biāo)志默認(rèn)為真。(使用增強(qiáng)的方法調(diào)用父類方法)
  ACC_INTERFACE	0x0200	標(biāo)志這是一個接口
  ACC_ABSTRACT	0x0400	是否為abstract類型，對于接口或者抽象類來說，次標(biāo)志值為真，其他類型為假
  ACC_SYNTHETIC	0x1000	標(biāo)志此類并非由用戶代碼產(chǎn)生(即：由編譯器產(chǎn)生的類，沒有源碼對應(yīng))
  ACC_ANNOTATION	0x2000	標(biāo)志這是一個注解
  ACC_ENUM	0x4000	標(biāo)志這是一個枚舉

• 類的訪問權(quán)限通常為 ACC_ 開頭的常量。

• 每一種類型的表示都是通過設(shè)置訪問標(biāo)記的32位中的特定位來實(shí)現(xiàn)的，比如如果是public final的類，則標(biāo)記為 ACC_PUBLIC | ACC_FINAL。

• 使用ACC_SUPER可以讓類更準(zhǔn)確的定位到父類的方法super.method()，默認(rèn)都是設(shè)置并使用這個標(biāo)記。

我們可以看到上面的Demo的字節(jié)碼對應(yīng)的訪問標(biāo)記是21，也就是對應(yīng)表格中的 ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER 加起來就等于21。

類索引、父類索引、接口索引集合

長度含義

u2	this_class
u2	super_class
u2	interfaces_count
u2	interfaces[interfaces_count]

• 類索引用于確定這個類的繼承關(guān)系。

• 父類索引用于確定這個類的父類全限定名，由于Java語言不允許多重繼承，所以父類索引只有一個，除了Object 之外，所有的Java類都有父類，因此除了Object之外，所有Java類的父類索引都不為0。

• 接口索引集合就用來描述這個類實(shí)現(xiàn)了拿些接口，這些被實(shí)現(xiàn)的接口將按implements語句(如果當(dāng)前類本身是一個接口，則應(yīng)當(dāng)是 extends 語句)后的接口順序從左到右排列在接口索引集合中。

this_class(類索引)

2 字節(jié)無符號整數(shù)，指向常量池的索引。它提供了類的全限定名，如com/test/Demo。this_class的值必須是常量池中某項(xiàng)的一個有效索引值。常量池在這個索引出的成員必須為constant_class_info類型結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)表示這個Class文件所定義的類或者接口。

super_class(父類索引)

• 2字節(jié)無符號整數(shù)，指向常量池的索引。它提供了當(dāng)前類的父類全限定名。如果我們沒有繼承任何類，其默認(rèn)繼承的是Java/lang/Object類。同時，由于Java不支持多繼承，所以其父類只有一個。

• super_class指向的父類不能是final類型。

interfaces

• 指向常量池索引集合，它提供了一個符號引用到所有已實(shí)現(xiàn)的接口。

• 由于一個類可以實(shí)現(xiàn)多個接口，因此需要以數(shù)組形式保存多個接口的索引，表示接口的每個索引也是一個指向常量池的Constant_Class(指向的是接口，并不是類)。

interfaces_count(接口計數(shù)器)

interfaces_count 項(xiàng)的值表示當(dāng)前類或者接口的直接超接口數(shù)量。

interfaces[](接口索引集合)

interfaces[]中每個成員的值必須是對常量池表中某項(xiàng)索引的有效索引值，它的長度為interfaces_count。每個成員interfaces[i]必須為constant_class_info結(jié)構(gòu)，其中 0 <= i < interfaces_count。在interfaces[]中，各成員所表示的接口順序?qū)?yīng)的源代碼中給定的接口順序(從左至右)一樣，即 interface[0]對應(yīng)的是源代碼中最左邊的接口。

字段表集合

• 用于描述接口或類中聲明的變量。字段(field)包括類級變量以及實(shí)例變量，但是不包括方法內(nèi)部、代碼塊內(nèi)部聲明的局部變量。

• 字段叫什么名字，字段被定義為什么數(shù)據(jù)類型，這些都是無法固定的。只能引用常量池中的常量來描述。

• 它指向常量池索引集合，它描述了每個字段的完整信息。比如字段的標(biāo)識符、訪問修飾符(public、private或protected)、是類變量還是實(shí)例變量(static修飾符)、是否是常量(final修飾符)等。

注意：

• 字段表集合中不會列出從父類或者實(shí)現(xiàn)的接口中繼承來的字段，但有可能列出原本Java代碼之中不存在的字段。譬如在內(nèi)部類中為了保持對外部類的訪問性，會自動添加指向外部類實(shí)例的字段。

• 在Java語言中字段是無法重載的，兩個字段的數(shù)據(jù)類型，修飾符不管是否相同，都必須使用不一樣的名稱，但是對于字節(jié)碼來說，如果兩個字段的描述符不一致，那字段名重名也是合法的。

fields_count(字段計數(shù)器)

fields_count的值表示當(dāng)前Class文件fields表的成員個數(shù)，用2個字節(jié)表示。

fields表中每個成員都是一個field_info結(jié)構(gòu)，用于表示該類或接口所聲明的所有字段或者實(shí)例字段，不包括方法內(nèi)部聲明的變量，也不包括從父類或父接口繼承的那些字段。

fields[](字段表)

• fields表中的每個成員都必須是一個field_info結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，用于表示當(dāng)前類或接口中某個字段的完整描述。

• 一個字段的信息包括如下這些信息。這些信息中，各個修飾符都是布爾值，要么有，要么沒有。

• 作用域

• 實(shí)例變量還是類變量

• 是否final

• 是否volatile

• 是否序列化 transient 修飾

• 字段數(shù)據(jù)類型(基本數(shù)據(jù)類型，對象，數(shù)組)

• 字段名稱

• 字段表結(jié)構(gòu)

類型名稱含義數(shù)量

u2	access_flags	訪問標(biāo)志	1
u2	name_index	字段名索引	1
u2	descriptor_index	描述符索引	1
u2	attributes_count	屬性計數(shù)器	1
attribute_info	attributes	屬性集合	attributes_count

字段表訪問標(biāo)識

我們知道，一個字段可以被各種關(guān)鍵字修飾，比如作用域修飾符、static修飾符、final修飾符、volatile修飾符等等。字段訪問標(biāo)志有如下這些：

標(biāo)志名稱標(biāo)志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	字段是否為public
ACC_PRIVATE	0x0002	字段是否為private
ACC_PROTECTED	0x0004	字段是否為protected
ACC_STATIC	0x0008	字段是否為static
ACC_FINAL	0x0010	字段是否為final
ACC_VOLATILE	0x0040	字段是否為volatile
ACC_TRANSTENT	0x0080	字段是否為transient
ACC_SYNCHETIC	0x1000	字段是否為由編譯器自動產(chǎn)生
ACC_ENUM	0x4000	字段是否為enum

字段名索引

根據(jù)字段名索引的值，查詢常量池中的指定索引項(xiàng)即可。

描述符索引

描述符的作用是用來描述字段的數(shù)據(jù)類型、方法的參數(shù)列表(包括數(shù)量、類型以及順序)和返回值。根據(jù)描述符規(guī)則，基本數(shù)據(jù)類型及無返回值的void都是用大寫符來表示，對象使用字符L+全限定名表示。

屬性集合

一個字段還可能擁有一些屬性，用于存儲更多的額外信息。比如初始化值、一些注釋信息等。屬性個數(shù)存放在attribute_count中，屬性具體內(nèi)容存在attributes數(shù)組中。

結(jié)構(gòu)為：

ConstantValue_attribute{
????u2?attribute_name_index;
????u4?attribute_length;
????u2?constantvalue_index;
}

對于常量屬性而言，attribute_length的值恒為2。

image

常量值索引所指向的 #8 其實(shí)就是對應(yīng)int的值。

image

方法表集合

methods：指向常量池索引集合，它完整描述了每個方法的簽名。

• 在字節(jié)碼文件中，每一個method_info項(xiàng)都對應(yīng)著一個類或者接口中的方法信息。比如方法的訪問修飾符，方法的返回值類型，以及方法的參數(shù)信息等。

• 如果方法不是抽象的或者不是native的，那么字節(jié)碼就會體現(xiàn)出來。

• 一方面，methods表只描述當(dāng)前類或接口中聲明的方法，不包括從父類或父接口繼承的方法。另一方面，methods表有可能會出現(xiàn)由編譯器自動添加的方法，最典型的就是編譯器產(chǎn)生的方法信息，比如類或者接口初始化方法()和實(shí)例初始化方法()。

methodds_count(方法計數(shù)器)

methods_count的值表示當(dāng)前class文件methods表的成員個數(shù)。使用 2 個字節(jié)來表示。

methods表中每個成員都是一個method_info結(jié)構(gòu)。

methods[](方法表)

• methods表中的每個成員都必須是一個method_info結(jié)構(gòu)，用于表示當(dāng)前類或接口中某個方法的完整描述。如果某個method_info結(jié)構(gòu)的access_flags項(xiàng)既沒有設(shè)置ACC_NATIVE標(biāo)志和ACC_ABSTRACT標(biāo)志，那么該結(jié)構(gòu)中也應(yīng)該包含實(shí)現(xiàn)這個方法所用到的Java虛擬機(jī)指令。

• method_info結(jié)構(gòu)可以表示類和接口中定義的所有方法，包括實(shí)例方法、類方法、實(shí)例初始化方法和類或接口初始化方法。

• 方法表的結(jié)構(gòu)實(shí)際和字段表是一致的。如下：

類型名稱含義數(shù)量

u2	access_flags	訪問標(biāo)志	1
u2	name_index	字段名索引	1
u2	descriptor_index	描述符索引	1
u2	attributes_count	屬性計數(shù)器	1
attribute_info	attributes	屬性集合	attributes_count

屬性表集合

方法表集合之后的屬性表集合，指的是class文件所攜帶的輔助信息，比如該Class文件的源文件的名稱，以及任何帶有RetentionPolicy.CLASS或者RetentionPolicy.RUNTIME的注解。這類信息通常被用于Java虛擬機(jī)的驗(yàn)證和運(yùn)行，以及Java程序的調(diào)試。

此外，字段表、方法表都可以有自己的屬性表。用于描述某些場景專有的信息。

屬性表集合的限制沒有那么嚴(yán)格，不再要求各個屬性表具有嚴(yán)格的順序，并且只要不與已有的屬性名重復(fù)，任何人實(shí)現(xiàn)的編譯器都可以向?qū)傩员碇袑懭胱约憾x的屬性信息，但Java虛擬機(jī)運(yùn)行時會忽略掉它不認(rèn)識的屬性。

屬性的通用格式

屬性表的結(jié)構(gòu)比較靈活，各種不同的屬性只要滿足以下結(jié)構(gòu)即可：

類型名稱數(shù)量含義

u2	attribute_name_index	1	屬性名索引
u4	attribute_length	1	屬性長度
u1	info	attribute_length	屬性表

屬性類型

屬性名稱使用位置含義

Code	方法表	Java代碼編譯成的字節(jié)碼指令
ConstantValue	字段表	final關(guān)鍵字定義的常量池
Deprecated	類，方法，字段表	被聲明為deprecated的方法和字段
Exceptions	方法表	方法拋出的異常
EnclosingMethod	類文件	僅當(dāng)一個類為局部類或者匿名類是才能擁有這個屬性，這個屬性用于標(biāo)識這個類所在的外圍方法
InnerClass	類文件	內(nèi)部類列表
LineNumberTable	Code屬性	Java源碼的行號與字節(jié)碼指令的對應(yīng)關(guān)系
LocalVariableTable	Code屬性	方法的局部變量描述
StackMapTable	Code屬性	JDK1.6中新增的屬性，供新的類型檢查檢驗(yàn)器檢查和處理目標(biāo)方法的局部變量和操作數(shù)有所需要的類是否匹配
Signature	類，方法表，字段表	用于支持泛型情況下的方法簽名
SourceFile	類文件	記錄源文件名稱
SourceDebugExtension	類文件	用于存儲額外的調(diào)試信息
Synthetic	類，方法表，字段表	標(biāo)志方法或字段為編譯器自動生成的
LocalVariableTypeTable	類	使用特征簽名代替描述符，是為了引入泛型語法之后能描述泛型參數(shù)化類型而添加
RuntimeVisibleAnnotations	類，方法表，字段表	為動態(tài)注解提供支持
RuntimeInvisibleAnnotations	表，方法表，字段表	用于指明哪些注解是運(yùn)行時不可見的
RuntimeVisibleParameterAnnotation	方法表	作用與RuntimeVisibleAnnotations屬性類似，只不過作用對象為方法
RuntimeInvisibleParameterAnnotation	方法表	作用與RuntimeInvisibleAnnotations屬性類似，作用對象哪個為方法參數(shù)
AnnotationDefault	方法表	用于記錄注解類元素的默認(rèn)值
BootstrapMethods	類文件	用于保存invokeddynamic指令引用的引導(dǎo)方式限定符

Code屬性

Code屬性就是存放方法體里面的代碼，像接口或者抽象方法，沒有具體的方法體，因此也就不會有Code屬性了。

Code屬性表的結(jié)構(gòu)：

類型名稱數(shù)量含義

u2	attribute_name_index	1	屬性名索引
u4	attribute_length	1	屬性長度
u2	max_stack	1	操作數(shù)棧深度的最大值
u2	max_locals	1	局部變量表所需的存續(xù)空間
u4	code_length	1	字節(jié)碼指令的長度
u1	code	code_length	存儲字節(jié)碼指令
u2	exception_table_length	1	異常表長度
exception_info	exception_table	exception_length	異常表
u2	attributes_count	1	屬性集合計數(shù)器
attribute_info	attributes	attributes_count	屬性集合

LineNumberTable屬性

• LineNumberTable屬性是可選變長屬性，位于Code結(jié)構(gòu)的屬性表

• LineNumberTable屬性是用來描述Java源碼行號與字節(jié)碼行號之間的對應(yīng)關(guān)系。

• start_pc，即字節(jié)碼行號；line_number，即Java源代碼的行號

• 在Code屬性的屬性表中，LineNumberTable屬性可以按照任意順序出現(xiàn)，此外，多個LineNumberTable屬性可以共同表示一個行號在源文件中表示的內(nèi)容，即LineNumberTable屬性不需要與源文件的行一一對應(yīng)。

LineNumberTable屬性表結(jié)構(gòu)

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];??
}?
類型名稱數(shù)量含義

u2	attribute_name_index	1	屬性名索引
u4	attribute_length	1	屬性長度
u2	line_number_table_length	1	行號表長度
line_number_info	line_number_table	line_number_table_length	行號表

SourceFile屬性

類型名稱數(shù)量含義

u2	attribute_name_index	1	屬性名索引
u4	attribute_length	1	屬性長度
u2	sourcefile_index	1	源碼文件索引

其長度總是固定的8個字節(jié)。

image

我們看之前的Excel最后一位也可以看到對應(yīng)的就是源文件名。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的php编译成二进制文件_JVM字节码文件概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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