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[last updated:2014/11/27]
我的上一篇文章《Java虚拟机原理图解》 1、class文件基本组织结构中已经提到了class的文件结构，在class文件中的魔数、副版本号、主版本之后，紧接着就是常量池的数据区域了，如下图用红线包括的位置：
知道了常量池的位置后，然后让我们来揭秘常量池里究竟有什么东西吧～
常量池的组织很简单，前端的两个字节占有的位置叫做常量池计数器(constant_pool_count)，它记录着常量池的组成元素 常量池项(cp_info) 的个数。紧接着会排列着constant_pool_count-1个常量池项(cp_info)。如下图所示：
每个常量池项(cp_info) 都会对应记录着class文件中的某中类型的字面量。让我们先来了解一下常量池项(cp_info)的结构吧：
JVM虚拟机规定了不同的tag值和不同类型的字面量对应关系如下：
所以根据cp_info中的tag 不同的值，可以将cp_info 更细化为以下结构体：
CONSTANT_Utf8_info,CONSTANT_Integer_info,CONSTANT_Float_info,CONSTANT_Long_info,
CONSTANT_Double_info,CONSTANT_Class_info,CONSTANT_String_info,CONSTANT_Fieldref_info,
CONSTANT_Methodref_info,CONSTANT_InterfaceMethodref_info,CONSTANT_NameAndType_info,CONSTANT_MethodHandle_info,
CONSTANT_MethodType_info,CONSTANT_InvokeDynamic_info。
现在让我们看一下细化了的常量池的结构会是类似下图所示的样子：
Java语言规范规定了 int类型和Float 类型的数据类型占用 4 个字节的空间。那么存在于class字节码文件中的该类型的常量是如何存储的呢？相应地，在常量池中，将 int和Float类型的常量分别使用CONSTANT_Integer_info和 Constant_float_info表示，他们的结构如下所示：
举例：建下面的类 IntAndFloatTest.java，在这个类中，我们声明了五个变量，但是取值就两种int类型的10 和Float类型的11f。
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<EMBED id=ZeroClipboardMovie_1 height=14 name=ZeroClipboardMovie_1 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=1&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
package com.louis.jvm;
public class IntAndFloatTest {
private final int a = 10;
private final int b = 10;
private float c = 11f;
private float d = 11f;
private float e = 11f;
}
然后用编译器编译成IntAndFloatTest.class字节码文件，我们通过javap -v IntAndFloatTest 指令来看一下其常量池中的信息，可以看到虽然我们在代码中写了两次10 和三次11f，但是常量池中，就只有一个常量10 和一个常量11f,如下图所示:
从结果上可以看到常量池第#8 个常量池项(cp_info) 就是CONSTANT_Integer_info,值为10；第#23个常量池项(cp_info) 就是CONSTANT_Float_info,值为11f。(常量池中其他的东西先别纠结啦，我们会面会一一讲解的哦)。
代码中所有用到 int 类型 10 的地方，会使用指向常量池的指针值#8 定位到第#8 个常量池项(cp_info)，即值为 10的结构体CONSTANT_Integer_info，而用到float类型的11f时，也会指向常量池的指针值#23来定位到第#23个常量池项(cp_info) 即值为11f的结构体CONSTANT_Float_info。如下图所示：
Java语言规范规定了 long 类型和 double类型的数据类型占用8 个字节的空间。那么存在于class 字节码文件中的该类型的常量是如何存储的呢？相应地，在常量池中，将long和double类型的常量分别使用CONSTANT_Long_info和Constant_Double_info表示，他们的结构如下所示：
举例：建下面的类 LongAndDoubleTest.java，在这个类中，我们声明了六个变量，但是取值就两种Long 类型的-6076574518398440533L 和Double 类型的10.1234567890D。
[java] view plaincopyprint?
<EMBED id=ZeroClipboardMovie_2 height=14 name=ZeroClipboardMovie_2 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=2&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
package com.louis.jvm;
public class LongAndDoubleTest {
private long a = -6076574518398440533L;
private long b = -6076574518398440533L;
private long c = -6076574518398440533L;
private double d = 10.1234567890D;
private double e = 10.1234567890D;
private double f = 10.1234567890D;
}
然后用编译器编译成 LongAndDoubleTest.class 字节码文件，我们通过javap -v LongAndDoubleTest指令来看一下其常量池中的信息，可以看到虽然我们在代码中写了三次-6076574518398440533L 和三次10.1234567890D，但是常量池中，就只有一个常量-6076574518398440533L 和一个常量10.1234567890D,如下图所示:
从结果上可以看到常量池第 #18 个常量池项(cp_info) 就是CONSTANT_Long_info,值为-6076574518398440533L ；第 #26个常量池项(cp_info) 就是CONSTANT_Double_info,值为10.1234567890D。(常量池中其他的东西先别纠结啦，我们会面会一一讲解的哦)。
代码中所有用到 long 类型-6076574518398440533L 的地方，会使用指向常量池的指针值#18 定位到第 #18 个常量池项(cp_info)，即值为-6076574518398440533L 的结构体CONSTANT_Long_info，而用到double类型的10.1234567890D时，也会指向常量池的指针值#26 来定位到第 #26 个常量池项(cp_info) 即值为10.1234567890D的结构体CONSTANT_Double_info。如下图所示：
对于字符串而言，JVM会将字符串类型的字面量以UTF-8 编码格式存储到在class字节码文件中。这么说可能有点摸不着北，我们先从直观的Java源码中中出现的用双引号"" 括起来的字符串来看，在编译器编译的时候，都会将这些字符串转换成CONSTANT_String_info结构体，然后放置于常量池中。其结构如下所示：
如上图所示的结构体，CONSTANT_String_info结构体中的string_index的值指向了CONSTANT_Utf8_info结构体，而字符串的utf-8编码数据就在这个结构体之中。如下图所示：
请看一例，定义一个简单的StringTest.java类，然后在这个类里加一个"JVM原理" 字符串，然后，我们来看看它在class文件中是怎样组织的。
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<EMBED id=ZeroClipboardMovie_3 height=14 name=ZeroClipboardMovie_3 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=3&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
package com.louis.jvm;
public class StringTest {
private String s1 = "JVM原理";
private String s2 = "JVM原理";
private String s3 = "JVM原理";
private String s4 = "JVM原理";
}
将Java源码编译成StringTest.class文件后，在此文件的目录下执行 javap -v StringTest 命令，会看到如下的常量池信息的轮廓：
(PS :使用javap -v 指令能看到易于我们阅读的信息，查看真正的字节码文件可以使用HEXWin、NOTEPAD++、UtraEdit 等工具。)
在面的图中，我们可以看到CONSTANT_String_info结构体位于常量池的第#15个索引位置。而存放"Java虚拟机原理" 字符串的 UTF-8编码格式的字节数组被放到CONSTANT_Utf8_info结构体中，该结构体位于常量池的第#16个索引位置。上面的图只是看了个轮廓，让我们再深入地看一下它们的组织吧。请看下图：
由上图可见：“JVM原理”的UTF-8编码的数组是：4A564D E5 8E 9FE7 90 86，并且存入了CONSTANT_Utf8_info结构体中。
JVM会将某个Java 类中所有使用到了的类的完全限定名 以二进制形式的完全限定名 封装成CONSTANT_Class_info结构体中，然后将其放置到常量池里。CONSTANT_Class_info 的tag值为 7 。其结构如下：
Tips：类的完全限定名和二进制形式的完全限定名在某个Java源码中，我们会使用很多个类，比如我们定义了一个 ClassTest的类，并把它放到com.louis.jvm 包下，则 ClassTest类的完全限定名为com.louis.jvm.ClassTest，将JVM编译器将类编译成class文件后，此完全限定名在class文件中，是以二进制形式的完全限定名存储的，即它会把完全限定符的"."换成"/" ，即在class文件中存储的 ClassTest类的完全限定名称是"com/louis/jvm/ClassTest"。因为这种形式的完全限定名是放在了class二进制形式的字节码文件中，所以就称之为 二进制形式的完全限定名。
举例，我们定义一个很简单的ClassTest类，来看一下常量池是怎么对类的完全限定名进行存储的。
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<EMBED id=ZeroClipboardMovie_4 height=14 name=ZeroClipboardMovie_4 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=4&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
package com.jvm;
import java.util.Date;
public class ClassTest {
private Date date =new Date();
}
将Java源码编译成ClassTest.class文件后，在此文件的目录下执行 javap -v ClassTest 命令，会看到如下的常量池信息的轮廓：
如上图所示，在ClassTest.class文件的常量池中，共有 3 个CONSTANT_Class_info结构体，分别表示ClassTest 中用到的Class信息。 我们就看其中一个表示com/jvm.ClassTest的CONSTANT_Class_info 结构体。它在常量池中的位置是#1，它的name_index值为#2，它指向了常量池的第2 个常量池项，如下所示:
注意：
对于某个类而言，其class文件中至少要有两个CONSTANT_Class_info常量池项，用来表示自己的类信息和其父类信息。(除了java.lang.Object类除外，其他的任何类都会默认继承自java.lang.Object）如果类声明实现了某些接口，那么接口的信息也会生成对应的CONSTANT_Class_info常量池项。
除此之外，如果在类中使用到了其他的类，只有真正使用到了相应的类，JDK编译器才会将类的信息组成CONSTANT_Class_info常量池项放置到常量池中。如下图：
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<EMBED id=ZeroClipboardMovie_5 height=14 name=ZeroClipboardMovie_5 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=5&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
上述的Other的类，在JDK将其编译成class文件时，常量池中并没有java.util.Date对应的CONSTANT_Class_info常量池项，为什么呢?
package com.louis.jvm;
import java.util.Date;
public class Other{
private Date date;
public Other()
{
Date da;
}
}
在Other类中虽然定义了Date类型的两个变量date、da，但是JDK编译的时候，认为你只是声明了“Ljava/util/Date”类型的变量，并没有实际使用到Ljava/util/Date类。将类信息放置到常量池中的目的，是为了在后续的代码中有可能会反复用到它。很显然，JDK在编译Other类的时候，会解析到Date类有没有用到，发现该类在代码中就没有用到过，所以就认为没有必要将它的信息放置到常量池中了。
将上述的Other类改写一下，仅使用new Date()，如下图所示：
[java] view plaincopyprint?
<EMBED id=ZeroClipboardMovie_6 height=14 name=ZeroClipboardMovie_6 type=application/x-shockwave-flash align=middle pluginspage=http://www.macromedia.com/go/getflashplayer width=29 src=http://static.blog.csdn.net/scripts/ZeroClipboard/ZeroClipboard.swf wmode="transparent" flashvars="id=6&width=29&height=14" allowfullscreen="false" allowscriptaccess="always" bgcolor="#ffffff" quality="best" menu="false" loop="false">
package com.louis.jvm;
import java.util.Date;
public class Other{
public Other()
{
new Date();
}
}
这时候使用javap -v Other ，可以查看到常量池中有表示java/util/Date的常量池项：
总结：
1.对于某个类或接口而言，其自身、父类和继承或实现的接口的信息会被直接组装成CONSTANT_Class_info常量池项放置到常量池中；
2. 类中或接口中使用到了其他的类，只有在类中实际使用到了该类时，该类的信息才会在常量池中有对应的CONSTANT_Class_info常量池项；
3. 类中或接口中仅仅定义某种类型的变量，JDK只会将变量的类型描述信息以UTF-8字符串组成CONSTANT_Utf8_info常量池项放置到常量池中，上面在类中的private Date date;JDK编译器只会将表示date的数据类型的“Ljava/util/Date”字符串放置到常量池中。
作者的话
本文是《Java虚拟机原理图解》系列的其中一篇，如果您有兴趣，请关注该系列的其他文章～
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《Java虚拟机原理图解》 1.2.2、Class文件中的常量池详解（上）
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