Java Class文件详解

来源：互联网发布：景观大数据软件课程编辑：程序博客网时间：2024/05/18 16:57

转：http://www.importnew.com/15161.html

Java Class文件中包含以下信息：

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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

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publicinterface InterA {
 
    voidinterA();
}
publicinterface InterB {
    String interB(inti);
}
publicinterface InterC {
    voidinterC();
}
publicclass Base implementsInterA {
 
    privateint baseInt;
    protectedString baseString;
 
    publicint getBaseInt() {
        returnbaseInt;
    }
    publicvoid setBaseInt(intbaseInt) {
        this.baseInt = baseInt;
    }
 
    @Override
    publicvoid interA() {
        System.out.println("the interA in Base");
    }
}
 
 publicclass Sub extendsBase implementsInterB, InterC {
 
    privateint subInt;
    privatestatic String subString;
    privatestatic Object subObject;
 
    publicint getSubInt() {
        returnsubInt;
    }
    publicvoid setSubInt(intsubInt) {
        this.subInt = subInt;
    }
    publicstatic String getSubString() {
        returnsubString;
    }
    publicstatic void setSubString(String subString) {
        Sub.subString = subString;
    }
    publicstatic Object getSubObject() {
        returnsubObject;
    }
    publicstatic void setSubObject(Object subObject) {
        Sub.subObject = subObject;
    }
 
    @Override
    publicvoid interC() {
        System.out.println("the interC in Sub");
    }
 
    @Override
    publicString interB(inti) {
        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。
如

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：

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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 1363bytes
  MD5 checksum 2dc77c79e4790422407eb7092085883c
  Compiled from "Sub.java"
publicclass com.gissky.clazz.Sub extendscom.gissky.clazz.Base implementscom.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

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0×0021：

根据前面说的各种访问标示的标志位，我们可以知道：0×0021=0×0001|0×0020 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：

紧接着后面是一个接口的计数器和接口描述符：

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。

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：

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field_info
{
    u2                               access_flags; 
    u2                               name_index; 
    u2                               descriptor_index; 
    u2                               attributes_count; 
    attribute_info          attributes[attributes_count]; 
}

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：

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@Override
 
   publicint interB(inti){
       intx=0;
       try{
           x+=i;
           returnx;
       }catch(Exception e){
           x=-1;
           returnx;
       }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。<a href="http://images.cnitblog.com/blog/692756/201502/222239118613000.gif" 0="rel=" lightbox[15161]”"="" title="”em1″" class="external" rel="nofollow" target="_blank" style="border: 0px; margin: 0px; padding: 0px; text-decoration: none; color: rgb(0, 153, 204);">

使用反编译工具查看：

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publicint 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:
 
        line35:0
 
        line37:2
 
        line38:6
 
        line43:9
 
        line38:11
 
        line39:14
 
        line40:15
 
        line41:17
 
        line43:20
 
        line41:22
 
        line42:25
 
        line43:27
 
        line44:29
 
      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 = [ classjava/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。

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publicabstract class BaseDaoImpl<T, PK extendsSerializable> extendsHibernateDaoSupport implementsBaseDao<T, PK> {
 
    privateClass<T> entityClass;
 
    @SuppressWarnings("unchecked")
    publicBaseDaoImpl() {
        //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];
    }

这时，getById中就可以直接使用了：

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2
3
publicT getById(PK id) {
    return(T) getHibernateTemplate().load(entityClass, id);
}

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