java类文件结构（字节码文件）

• c1）类和接口的全限定名；
• c2）字段的名称和描述符；
• c3）方法的名称和描述符；

• 5.1）这14种表有一个共同特点：表开始 的 第一位是一个 u1 类型的标志位（tag），代表当前常量的常量类型。这14种常量类型所代表的具体含义如下：(t7)
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• 5.2）之所以说常量池是最繁琐的数据，是因为这14种常量类型各自都有自己的结构。
• 5.3）看个荔枝（以 CONSTANT_Class_info为例）：CONSTANT_Class_info的标志位是0x07，此类型的常量代表一个类或接口的符号引用，如下表所示：(t8)
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• A1）tag：是标志位，它用于区分常量类型；
• A2）name_index：是一索引值，它指向常量池中一个 CONSTANT_Utf_info 类型常量，此常量代表了这个类（或者接口）的全限定名，这里的name_index==0x0004，也即是指向了常量池中的第二项常量；
• A3）还以及继续查找常量池常量，偏移量=0x0D，value=0x01=CONSTANT_Utf8_info 类型的常量。

• A1）length：说明了这个UTF8 的字符串长度是多少字节， 他后面紧跟着的长度是length 字节的连续数据是一个使用UTF8 缩略编码表示的字符串；
• A2）UTF8缩略编码和普通UTF8编码的区别是： 从‘\u0001‘~‘\u007f‘之间的字符（相当于1~127的ASCII码）的缩略编码使用一个字节表示，从‘\u0080‘~‘u07ff‘（128~2023）之间的所有字符的缩略编码用两个字节表示，从‘\u0800‘~‘\uffff‘（2048~65535）之间的所有字符的缩略编码就按照普通UTF8 编码规则使用三个字节表示；（干货——UTF8缩略编码和普通UTF8编码的区别）
• A3）由于Class文件中方法，字段等需要引用 CONSTANT_Utf8_info 型常量来描述名称：所以 CONSTANT_Utf8_info型常量的最大长度是java中方法，字段名的最大长度；而这里的最大长度就是length的最大值，即u2类型能表达的最大值65535。所以java 程序中如果定义了超过64KB 英文字符的变量或方法名，将会无法编译；

E:\bench-cluster\cloud-data-preprocess\jvm\src>javap -verbose com.jvm.chapter6.TestClass
Classfile /E:/bench-cluster/cloud-data-preprocess/jvm/src/com/jvm/chapter6/TestClass.class
  Last modified 2016-3-26; size 292 bytes
  MD5 checksum 8c182f29b5f2790f2bf1155837ce89cd
  Compiled from "TestClass.java"
public class com.jvm.chapter6.TestClass
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#15         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #3.#16         // com/jvm/chapter6/TestClass.m:I
   #3 = Class              #17            // com/jvm/chapter6/TestClass
   #4 = Class              #18            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               m
   #6 = Utf8               I
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               inc
  #12 = Utf8               ()I
  #13 = Utf8               SourceFile
  #14 = Utf8               TestClass.java
  #15 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #16 = NameAndType        #5:#6          // m:I
  #17 = Utf8               com/jvm/chapter6/TestClass
  #18 = Utf8               java/lang/Object
{
  public com.jvm.chapter6.TestClass();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0

  public int inc();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field m:I
         4: iconst_1
         5: iadd
         6: ireturn
      LineNumberTable:
        line 7: 0
}
SourceFile: "TestClass.java"

• 1.1）类索引：用于确定这个类的全限定名；
• 1.2）父类索引：用于确定这个类的父类的全限定名；
• 1.3）接口索引集合： 就是用来描述这个了实现了哪些接口，这些被实现的接口将按 implements 语句（若这个类本身就是接口，则应该是 extends语句） 后的接口顺序从左到右排列在 接口索引集合中；

• 2.1）对于接口索引： 入口的第一项——u2 类型的数据为接口计数器，表示索引表的容量；若该类没有实现任何接口，则其值=0，后面接口的索引表不再占用任何字节；(t14)
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• 3.1）以上这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有某个修饰符，要么没有，很适合使用标志位来表示。而字段叫什么名字， 字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述；下表给出了字段表的最终格式：(t15)
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• 3.2）字符修饰符放在 access_flags 项目中，他与类中的access_flags 项目非常类似的，都是一个 u2数据类型，如下表所示：(t16)
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• 3.3）跟随access_flag标志的是两项索引值： name_index 和 desc_index；他们都是对常量池的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。

• 4.1）全限定名： 如"com/jvm/chapter6/TestClass" 是 com.jvm.chapter6.TestClass.java 这个类的全限定名，仅仅是把类中的点替换为 “/” 而已，一般在其后面加上“；”以表全限定名结束；
• 4.2）简单名称： 是指没有类型和参数类型的方法或者字段名称，这个类中的inc() 方法 和 m 字段的简单名称分别是 “inc” 和 “m”；
• 4.3）描述符的作用：是用来描述字段的数据类型，方法的参数列表（包括数量，类型以及顺序）和返回值。工具描述符规则，基本数据类型（byte, char, double, flaot, int ,long, short, boolena）以及代表无返回值的void 类型都用一个大写字符来表示， 而对象类型用字符L 加对象的全限定名来表示，如下表所示（t17）：
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• 4.4）对于数组类型：每一维度将使用一个前置的“[”来描述，如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"；
• 4.5）用描述符来描述方法时：按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“（）”内；
• 4.6）看个荔枝（examples）：

• A1）代表方法集合有两个方法：分别是 编译器添加的实例构造器<init>方法和源码中的方法inc（）方法；
• A2）与字段表集合相对应的，如果父类方法在子类中没有被重写，方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息。但同样的，有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是类构造器<clinit>方法和 实例构造器<init> 方法；
• A3）在java中，要重载（Override）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称外，还必须要求拥有与原方法不同的特征签名。特征签名就是一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合，也就是因为返回值不会包含在特征签名中，所以java 中是无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载的；（干货——为什么java 中是无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载）

• 3.1）Code属性：java程序方法体中的代码经过javac 编译后，最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，如接口或抽象类中的方法就不存在。Code属性表的结构如下：(t26)
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• 对上图的分析（Analysis）：

• A1）attribute_name_index：是一项指向CONSTANT_Utf8_info 型常量的索引，常量固定值为 “Code”，它代表了该属性的属性名称；
• A2）attribute_length：代表属性长度；
• A3）max_stack：代表操作数栈深度的最大值；
• A4）max_locals：代表了局部变量表所需要的存储空间；Slot是虚拟机为局部变量分配内容所使用的最小单位，对于byte, char, flaot, int, short, boolean and returnAddress 等长度不超过32位的数据类型，每个局部变量占用1个Slot；而double 和 long 这两种64位的数据类型则需要 两个Slot来存放；方法参数，显式异常处理器的参数，方法体中定义的局部变量都需要使用局部变量表来存放；还需要注意的是， 并不是在方法中用到了多少个局部变量，就把这些局部变量所占Slot之和作为max_locals的值，原因是局部变量表中的Slot是可以重用的，当代码执行超过了一个局部变量的作用域时，这个局部变量所占的Slot 可以被其他局部变量使用，javac编译器会根据变量的作用域来分配Slot给各个变量使用， 然后计算出 max_locals的大小；
• A5）code_length 和 code：用来存储java 源代码编译后生成的字节码指令。code_length代表字节码长度，code用于存储 字节码指令的一系列字节流；关于code_length，需要注意的是，虽然它是一个u4类型的长度值，但虚拟机中明确限制了一个方法不允许超过65535条字节码指令，即它实际上只使用了u2的长度，如果超过这个限制， javac编译器会拒绝编译；
• A6）Code属性：是Class文件中最重要的一个属性，如果把一个java程序中的信息分为代码（Code，方法体里面的java代码）和元数据（metadata，包括类，字段，方法定义以及其他信息）两部分，那么在整个Class文件中，Code属性用于描述代码，所有的其他数据项目都用于描述元数据；
• 3.1.1）看个例子（总结以上属性）(t27)
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• 3.1.2）再看个荔枝：(t28)
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• A1）大家注意到args_size=1应该会有疑问： 这个类有两个方法——实例构造器<init>和inc（）方法，这两个方法都没有参数，那么这个args_size=1是如何而来的 ？ 而且无论是在参数列表里还是方法体内，都没有定义任何局部变量，那locals=1 又是如何来的？
• A2）answer：在任何实例方法里面，都可以通过this 关键字访问到此方法所属的对象。这个访问机制非常重要，而实现却很简单，仅仅是通过javac 编译器编译的时候吧对this 关键字的访问转变为 对一个普通方法参数的访问，然后在虚拟机调用实例方法时自动传入此参数而已；因此，在实例方法的局部变量表中至少会存在一个指向当前对象实例的局部变量，局部变量表中也会预留出第一个Slot 位来存放对象实例的引用，方法参数值从1开始计算。这个处理只对实例方法有效，如果代码清单中的inc（）方法为static，那args_size 就不会等于1而是0了（因为static关键字表明它是类变量，this指针无法引用到）；

• A1）他包含4个字段，这些字段的定义为： 如果当字节码在第start_pc 行到 第 end_pc 行之间，出现了类型为catch_type或者其子类的异常（catch_type是一个指向一个 CONSTANT_Class_info类型常量的索引），则转到 第 handler_pc 行继续处理。当catch_type=0时，代表任意异常情况都需要转向到 handler_pc 处进行处理；

• A1）如果try 语句块中出现属于Exception或其子类异常，则转到catch语句进行处理；
• A2）如果try 语句块中出现不属于Exception或其子类异常，则转到finally语句进行处理；
• A3）如果catch语句块中出现了任何异常，则转到finally语句块处理；
• A4）problem：这段代码的返回值是多少？

• A1）字节码中0~9行：所做的操作是将整数1赋值给变量m，并将此时x的值复制一份副本到最后一个本地变量表的Slot中（这个Slot里面的值在ireturn指令执行前将会被重新读入到操作栈顶，作为方法返回值使用），为了方便，我们将本地变量表的最后一个Slot命名为returnValue；
• A2）字节码中10~16行：如果没有出现异常的话，继续10~16行，将变量m 赋值为3，然后将之前保存在returnValue中的整数1 读入到操作栈顶，最后ireturn 指令会以int 形式返回操作栈顶的值，方法结束。
• A3）字节码中17~行：如果出现了异常，PC寄存器指针转到第17行，第17~34行所做的事情就是将2 赋值给变量m，然后将变量m 此时的值赋给 returnValue，最后再将变量m 的值改为3.方法返回前同样将returnValue中保留的整数2读入到操作栈顶。从第35行开始的代码，作用是变量m的值赋值为3，并将栈顶的异常抛出，方法结束；
• （注：以上是3.1Code属性的全部内容，有点多，且杂，不要搞混淆了，我们继续 3.2Exception属性的内容）

3.2）Exception属性（见上表6-13）

1）作用：Exception属性的作用是列举出方法中可能抛出的受查异常，也就是方法描述时在 throws 关键字后面列举的异常，如下表所示：(t31)

对上图的分析（Analysis）：

A1）number_of_exceptions：表示方法可能抛出 number_of_exceptions 种异常，每一种异常使用一个 exceptoin_index_table 项表示， exceptoin_index_table是一个指向常量池中 CONSTANT_Class_info 型常量的索引，代表了该异常类型；

3.3）LineNumberTable 属性

3.3.1）作用：用于描述java 源码行号与字节码行号的对应关系；他并不是必须的，但默认生成，在javac时，通过 -g:none 或 -g:lines 来取消或要求生成这个信息。如果选择不生成，那么当抛出异常时，堆栈中将不会显示错误的行号，且在调试程序的时候，也无法按照源码行来设置断点；

3.3.2）LineNumberTable属性的结构如下表所示：(t32)

3.3.3）对上图的分析：line_number_table 是一个数量为 line_number_table_length，类型为 line_number_info 的集合，line_number_info 表包括了 start_pc 和 line_number 两个u2 类型的数据项，前者是字节码行号，后者是 java 源码行号；(t33)

3.4）LocalVariableTable 属性（局部参数表属性）

3.4.1）作用：用于描述栈帧中局部变量表中的变量与 java 源码中定义的变量之间的关系，也不是必须的，但默认会生成，可以在javac的时候使用 -g:none 或 -g:vars 来取消或要求生成这项信息；如果没有生成这项消息，最大的影响是当其他人引用这个方法时，所有的参数名称都将会丢失。

3.4.2）其属性结构如下：(t34)

3.4.3）local_variable_info 项目：代表了 一个栈帧与源码中的局部变量之间的关联， 如下表所示：(t35)

3.4.4）对上图的分析（Analysis）：

• A1）start_pc 和 length 属性：分别代表了 这个局部变量的生命周期开始的字节码偏移量及其作用范围长度，两者结合起来就是这个局部变量在字节码中的作用域范围；
• A2）name_index and desc_index： 都是指向常量池中 CONSTANT_Utf8_info 型常量的索引，分别代表了局部变量的名称以及这个局部变量的描述符；
• A3）index：是这个局部变量在栈帧局部变量表中Slot的位置。当这个变量是 64 位类型时，它占用的Slot 为 index and index + 1;
• A4）LocalVariableTable属性：它增加了一个姐妹属性——LocalVariableTypeTable，这个新增的属性结构与LocalVariableTable 非常相似，仅仅是把记录的字段描述符的desc_index 替换为字段的特征签名，对于非泛型类型来说， 描述符和特征签名能描述的信息是基本一致的，但是泛型引入后，由于描述符中泛型的参数化类型被擦除掉，描述符就不能正确地描述泛型类型了，所以就引入了LocalVariableTypeTable了；

3.5）SourceFile属性（记录源文件名称）(t36)

• A1）sourcefile_index：是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info 型常量的索引，常量值是 源码文件的文件名；(t38)
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3.6）ConstantValue属性

3.7）InnerClasses属性

• A1）inner_class_info_index and outer_class_info_index ：都是指向常量池中 CONSTANT_Class_info 型常量的索引，分别代表了内部类和宿主类的符号引用；
• A2）inner_name_index：是指向常量池中 CONSTNAT_Utf8_info 型常量的索引，代表这个内部类的名称，如果是匿名内部类，那么这项值为0；
• A3）inner_class_access_flags：是内部类的访问标志，他的取值范围如下所示：(t42,43)
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