java class _Java Class文件详解
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。
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: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
#16 = Utf8 ()V
#17 = Utf8 Code
#18 = Methodref #3.#19 // com/gissky/clazz/Base."":()V
#19 = NameAndType #15:#16 // "":()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, ×××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×××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、subObject3个字段。紧接其后的是字段表,字段表结构为: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 extends HibernateDaoSupport implements BaseDao
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 extends HibernateDaoSupport implements BaseDao {
private Class entityClass;
@SuppressWarnings("unchecked")
public BaseDaoImpl() {
//class OrgDao extends BaseDaoImpl 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) types[0];
}
这时,getById中就可以直接使用了:public T getById(PK id) {
return (T) getHibernateTemplate().load(entityClass, id);
}
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