Java Class文件的一些解读
来源：互联网 发布：python 知乎 编辑：程序博客网 时间：2024/06/05 14:46
最近问到了Class文件相关的问题，现在从网上搜索一些资料，并加上自己的补充，记录如下：
Java Class文件中包含以下信息：
ClassFile {
u4 magic; //模数
u2 minor_version; //次版本号
u2 major_version; //主版本号
u2 constant_pool_count; //常量池大小
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; //常量池
u2 access_flags; //类和接口层次的访问标志（通过|运算得到）
u2 this_class; //类索引（指向常量池中的类常量）
u2 super_class; //父类索引（指向常量池中的类常量）
u2 interfaces_count; //接口索引计数器
u2 interfaces[interfaces_count]; //接口索引集合
u2 fields_count; //字段数量计数器
field_info fields[fields_count]; //字段表集合
u2 methods_count; //方法数量计数器
method_info methods[methods_count]; //方法表集合
u2 attributes_count; //属性个数
attribute_info attributes[attributes_count]; //属性表
}
1. 通过实例来看
public interface InterA { void interA();} public interface InterB { String interB(int i);}public interface InterC { void interC();}public class Base implements InterA { private int baseInt; protected String baseString; public int getBaseInt() { return baseInt; } public void setBaseInt(int baseInt) { this.baseInt = baseInt; } @Override public void interA() { System.out.println("the interA in Base"); }} public class Sub extends Base implements InterB, InterC { private int subInt; private static String subString; private static Object subObject; public int getSubInt() { return subInt; } public void setSubInt(int subInt) { this.subInt = subInt; } public static String getSubString() { return subString; } public static void setSubString(String subString) { Sub.subString = subString; } public static Object getSubObject() { return subObject; } public static void setSubObject(Object subObject) { Sub.subObject = subObject; } @Override public void interC() { System.out.println("the interC in Sub"); } @Override public String interB(int i) { return "the interB in Sub"; }}我们使用WinHex查看Sub类的.class文件：
2. 魔数
作用：确定该文件是否是虚拟机可接受的class文件。java的魔数统一为 0xCAFEBABE (来源于一款咖啡)。
区域：文件第0~3字节。
3. 版本号
作用：表示class文件的版本，由minorversion和majorversion组成。
区域：文件第4~7字节。
51代表，jdk为1.7.0
需要注意的是java版本号是从45开始的，大版本发布，主版本号+1.高版本的jdk能向下兼容以前版本的class文件，但不兼容以后版本的class文件。
4. 常量池
常量池的大小是不固定的，根据你的类中的常量的多少而定，所以在常量池的入口，放置了一个u2类型的表示常量池中常量个数的
常量池容量计数器。计数器从1开始，第0位有特殊含义，表示指向常量池的索引值数据不引用任何一个常量池项目。池中的数据项
就像数组一样是通过索引访问的。
我们可以清楚的看到，我们常量池中有63-1=62个常量。这些常量是什么呢？
要存放字面量Literal和符号引用Symbolic References。
字面量可能是文本字符串，或final的常量值。
符号引用包括以下：
- 类或接口全限定名 Full Qualified Name
- 字段名称和描述符 Descriptor
- 方法名称和描述符
我们使用反编译工具查看一下：
E:\program\JVM\bin\com\gissky\clazz>javap -v Sub.class
Classfile /E:/program/JVM/bin/com/gissky/clazz/Sub.class
Last modified 2015-2-22; size 1363 bytes
MD5 checksum 2dc77c79e4790422407eb7092085883c
Compiled from "Sub.java"
public class com.gissky.clazz.Sub extends com.gissky.clazz.Base implements com.gissky.clazz.InterB,com.gissky.clazz.InterC
SourceFile: "Sub.java"
minor version: 0
major version: 51
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Class #2 // com/gissky/clazz/Sub →类和接口的全限定名
#2 = Utf8 com/gissky/clazz/Sub
#3 = Class #4 // com/gissky/clazz/Base
#4 = Utf8 com/gissky/clazz/Base
#5 = Class #6 // com/gissky/clazz/InterB
#6 = Utf8 com/gissky/clazz/InterB
#7 = Class #8 // com/gissky/clazz/InterC
#8 = Utf8 com/gissky/clazz/InterC
#9 = Utf8 subInt
#10 = Utf8 I
#11 = Utf8 subString
#12 = Utf8 Ljava/lang/String;
#13 = Utf8 subObject
#14 = Utf8 Ljava/lang/Object;
#15 = Utf8 <init>
#16 = Utf8 ()V
#17 = Utf8 Code
#18 = Methodref #3.#19 // com/gissky/clazz/Base."<init>":()V
#19 = NameAndType #15:#16 // "<init>":()V
#20 = Utf8 LineNumberTable
#21 = Utf8 LocalVariableTable
#22 = Utf8 this
#23 = Utf8 Lcom/gissky/clazz/Sub;
#24 = Utf8 getSubInt
#25 = Utf8 ()I
#26 = Fieldref #1.#27 // com/gissky/clazz/Sub.subInt:I → 类中字段的符号引用
#27 = NameAndType #9:#10 // subInt:I → 类中字段的部分符号引用之名称和类型
#28 = Utf8 setSubInt
#29 = Utf8 (I)V
#30 = Utf8 getSubString
#31 = Utf8 ()Ljava/lang/String;
#32 = Fieldref #1.#33 // com/gissky/clazz/Sub.subString:Ljava/lang/String;
#33 = NameAndType #11:#12 // subString:Ljava/lang/String;
#34 = Utf8 setSubString
#35 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#36 = Utf8 getSubObject
#37 = Utf8 ()Ljava/lang/Object;
#38 = Fieldref #1.#39 // com/gissky/clazz/Sub.subObject:Ljava/lang/Object;
#39 = NameAndType #13:#14 // subObject:Ljava/lang/Object;
#40 = Utf8 setSubObject
#41 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)V
#42 = Utf8 interC
#43 = Fieldref #44.#46 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#44 = Class #45 // java/lang/System
#45 = Utf8 java/lang/System
#46 = NameAndType #47:#48 // out:Ljava/io/PrintStream;
#47 = Utf8 out
#48 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#49 = String #50 // the interC in Sub
#50 = Utf8 the interC in Sub
#51 = Methodref #52.#54 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#52 = Class #53 // java/io/PrintStream
#53 = Utf8 java/io/PrintStream
#54 = NameAndType #55:#35 // println:(Ljava/lang/String;)V
#55 = Utf8 println
#56 = Utf8 interB
#57 = Utf8 (I)Ljava/lang/String;
#58 = String #59 // the interB in Sub →方法中用到的String常量
#59 = Utf8 the interB in Sub
#60 = Utf8 i
#61 = Utf8 SourceFile
#62 = Utf8 Sub.java
常量池中的项目类型如下：
- CONSTANT_Utf8_info tag标志位为1, UTF-8编码的字符串
- CONSTANT_Integer_info tag标志位为3， 整形字面量
- CONSTANT_Float_info tag标志位为4， 浮点型字面量
- CONSTANT_Long_info tag标志位为5， 长整形字面量
- CONSTANT_Double_info tag标志位为6， 双精度字面量
- CONSTANT_Class_info tag标志位为7， 类或接口的符号引用
- CONSTANT_String_info tag标志位为8，字符串类型的字面量
- CONSTANT_Fieldref_info tag标志位为9, 字段的符号引用
- CONSTANT_Methodref_info tag标志位为10，类中方法的符号引用
- CONSTANT_InterfaceMethodref_info tag标志位为11, 接口中方法的符号引用
- CONSTANT_NameAndType_info tag 标志位为12，字段和方法的名称以及类型的符号引用
5. 类或接口访问标志
在常量池结束之后，紧接着的两个字节代表访问标志（access_flags）表示类或者接口方面的访问信息，比如Class表示的是类还是接口，是否为public、static、final等。，下面我们就来看看TestClass的访问标示。Class的访问标志值为0x0021：
根据前面说的各种访问标示的标志位，我们可以知道：0x0021=0x0001|0x0020 也即ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER为真，其中ACC_PUBLIC大家好理解，ACC_SUPER是jdk1.2之后编译的类都会带有的标志。
6. 类索引、父类索引与接口索引集合
Class文件中由这3项数据来确定类的继承关系。
类索引和父类索引都是指向常量池中的常量索引，都是u2类型的数据：
紧接着后面是一个接口的计数器和接口描述符，是一组u2类型的数据：
Class文件用这三个数据来确定这个类的继承关系。
7. 字段表集合
作用：描述接口或者类中声明的类变量以及实例变量，不包括方法中的局部变量。
可以包括的信息有：字段的作用域、是实例标量还是类变量（static？）、可变性（final？）、并发可见性（volatile？是否强制从主存读写？）、可否被序列（transient）、字段名称。
紧接着接口索引集合之后的2字节是字段计数器：
表示我们类中有3个字段，这里便是subInt、subString、subObject 3个字段。紧接其后的是字段表，字段表结构为：
access_flags项的值是用于定义字段被访问权限和基础属性的掩码标志。取值范围如下表：
描述符标识字符含义：
V 表示特殊类型void。
对于数组类型，每一个维度将使用一个前置的”["字符来描述，如一个定义的"java.lang.String[][]“类型的二维数组，将被记录为:”[[Ljava/lang/String;",一个整型数组"int[]“将被记录为”[I"
父类中的字段不会出现在子类的字段表中。
8. 方法表集合
字段表集合结束后便是方法表集合。
作用：描述该类中的方法。
和字段表一样，使用一个u2类型的方法计数器，记录该类中方法的个数。
表示我们的类中有9个方法。
方法表的结构如下图所示
其中name_index和descriptor_index表示的是方法的名称和描述符，他们分别是指向常量池的索引。这里需要结解释一下方法的描述符，方法的描述符的结构为：（参数列表）返回值，比如public int instanceMethod(int param)的描述符为：（I）I，表示带有一个int类型参数且返回值也为int类型的方法，方法java.lang.String.toString()的描述符为"()Ljava/lang/String;"，int IndexOf(char[] source,int sourceOffset,int sourceCount,char[] target int targetOffset,int targetCount,int fromIndex) 表示为([CII[CII)I。接下来就是属性数量以及属性表了，方法表和字段表虽然都有 属性数量和属性表，但是他们里面所包含的属性是不同。
如果父类方法在子类中没有被重写（@Override），方法表中就不会出现来自父类的方法信息。
9. 属性表集合
上面的方法表中我们就看到<init>方法有一个Code的属性。在本节我们将阐述这些属性：
Code属性：
该属性里主要存放由javac编译器处理后得到的字节码指令。
其中attribute_name_index指向常量池中值为Code的常量，attribute_length的长度表示Code属性表的长度（这里 需要注意的时候长度不包括attribute_name_index和attribute_length的6个字节的长度）。
max_stack表示最大栈深度，虚拟机在运行时根据这个值来分配栈帧中操作数的深度，而max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。
max_locals的单位为slot，slot是虚拟机为局部变量分配内存的最小单元，在运行时，对于不超过32位类型的数据类型，比如 byte,char,int等占用1个slot，而double和Long这种64位的数据类型则需要分配2个slot，另外max_locals的值并不是所有局部变量所需要的内存数量之和，因为slot是可以重用的，当局部变量超过了它的作用域以后，局部变量所占用的slot就会被重用。方法参数、显示异常处理器的参数、方法体中定义的局部变量都要使用局部变量表来存放。
code_length代表了字节码指令的数量，而code表示的是字节码指令，从上图可以知道code的类型为u1,一个u1类型的取值为0x00-0xFF,对应的十进制为0-255，目前虚拟机规范已经定义了200多条指令。
exception_table_length以及exception_table分别代表方法对应的异常信息。
attributes_count和attribute_info分别表示了Code属性中的属性数量和属性表，从这里可以看出Class的文件结构中，属性表是很灵活的，它可以存在于Class文件，方法表，字段表以及Code属性中。
修改一下Sub中的InterB方法：
@Override public int interB(int i){ int x=0; try{ x+=i; return x; }catch(Exception e){ x=-1; return x; }finally{ x=3; } } 大家不妨先猜一下这个函数的结果是什么？假如在try块中发生异常，结构又是什么？我相信对Java语言熟悉的朋友，肯定知道答案。
使用反编译工具查看：
public int interB(int);
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=6, args_size=2
0: iconst_0
1: istore_2
2: iload_2
3: iload_1
4: iadd
5: istore_2
6: iload_2
7: istore 5
9: iconst_3
10: istore_2
11: iload 5
13: ireturn
14: astore_3
15: iconst_m1
16: istore_2
17: iload_2
18: istore 5
20: iconst_3
21: istore_2
22: iload 5
24: ireturn
25: astore 4
27: iconst_3
28: istore_2
29: aload 4
31: athrow
Exception table:
from to target type
2 9 14 Class java/lang/Exception
2 9 25 any
14 20 25 any
LineNumberTable:
line 35: 0
line 37: 2
line 38: 6
line 43: 9
line 38: 11
line 39: 14
line 40: 15
line 41: 17
line 43: 20
line 41: 22
line 42: 25
line 43: 27
line 44: 29
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 32 0 this Lcom/gissky/clazz/Sub;
0 32 1 i I
2 30 2 x I
15 10 3 e Ljava/lang/Exception;
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 255 /* full_frame */
offset_delta = 14
locals = [ class com/gissky/clazz/Sub, int, int ]
stack = [ class java/lang/Exception ]
frame_type = 74 /* same_locals_1_stack_item */
stack = [ class java/lang/Throwable ]
}
从 args_size=2这条反编译代码，我们可以知道，在public int interB(int i)这个方法中有6个局部变量，2个参数，可是我们的函数中明明只有一个参数么……这是因为编译器会为每一个实例函数包括构造器添加一个参数this，在JVM调用该方法的时候会该形参传递一个实参—方法所在对象的自身。
Exception table:
from to target type
2 9 14 Class java/lang/Exception
2 9 25 any
14 20 25 any
上表表头表示，当字节码在form行到to行（不包括to行）出现类型为type的异常，则转到第target行继续处理。
从方法的异常表中，我们可以看到这个函数有3条执行路径：
这里我们插入阐述一下LineNumberTable表的含义：它表示Java源码行号与字节码行号之间的对应关系。
对照上图，我们能清晰的看出这3条路径。
知道了该方法执行的3条路径，我们也就知道刚才我们的那个问题有3个答案：没有异常是为x+i；try块中出现Exception类型的错误时，返回-1；出现Exception以外的任何异常方法非正常结束，没有返回值。
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 32 0 this Lcom/gissky/clazz/Sub;
0 32 1 i I
2 30 2 x I
15 10 3 e Ljava/lang/Exception;
LocalVariableTable表示局部变量表，描述方法中局部变量。
如果你对返回的答案能理解的话，那么我相信你也肯定知道，我们函数中只有4个参数，但max_locals却等于6。不懂的话仔细看一下Code中字节码的执行过程变可以理解了。
一个方法在执行时需要多大的局部变量空间在编译时期就知道了，方法执行期间不会改变局部变量表的大小。
Signature 属性：
该属性是在JDK1.5新增的。该属性可用于类、属性表和方法表结构的属性表中。使用泛型签名如果包含了类型变量（Type Variables）或参数化类型（Parameterized Types），则Signature 属性会为它记录泛型签名信息。当我们要泛型类中拿到泛型的实际类型的时候非常有用。
实例：
在使用Hibernate时，我习惯将为Dao层封装一个泛型基类，来放置一些通用的方法，而Hibernate有很多方法都要传递一个POJO的类型，然后进行查询，如load方法。我们构建这样的一个基类：
public abstract class BaseDaoImpl<T, PK extends Serializable> extends HibernateDaoSupport implements BaseDao<T, PK>
那么load中要使用的POJO类型便是T的实际类型。怎么来那倒这个属性呢？这里边要使用到Signature属性了。
public abstract class BaseDaoImpl<T, PK extends Serializable> extends HibernateDaoSupport implementsBaseDao<T, PK> { private Class<T> entityClass; @SuppressWarnings("unchecked") public BaseDaoImpl() { //class OrgDao extends BaseDaoImpl<Organization, String> implements OrgDao {} Class c = this.getClass(); //返回的是使用new创建的泛型类对应的对象的class对象。 Type type = c.getGenericSuperclass(); //取得该对象的泛型类 //取得泛型对应的真正的class，并放到数组中 Type[] types = ((ParameterizedType)type).getActualTypeArguments(); entityClass = (Class<T>) types[0]; } public T getById(PK id) { return (T) getHibernateTemplate().load(entityClass, id); } - Java Class文件的一些解读
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