【JVM学习笔记】字节码文件结构
https://www.cnblogs.com/heben/p/11468285.html 比这篇笔记更好一点
新建一个Java类
package com.learn.jvm; public class MyTest1 {
private int a = 1; public MyTest1() {
} public int getA() {
return this.a;
} public void setA(int a) {
this.a = a;
}
}
在控制台使用javap -c进行反解析
D:\workspace-learn\common-learn\learn-classloader\target\classes\com\learn\jvm>javap -c MyTest1
警告: 二进制文件MyTest1包含com.learn.jvm.MyTest1
Compiled from "MyTest1.java"
public class com.learn.jvm.MyTest1 {
public com.learn.jvm.MyTest1();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: iconst_1
6: putfield #2 // Field a:I
9: return public int getA();
Code:
0: aload_0
1: getfield #2 // Field a:I
4: ireturn public void setA(int);
Code:
0: aload_0
1: iload_1
2: putfield #2 // Field a:I
5: return
}
在控制台使用javap -verbose进行反解析
D:\workspace-learn\common-learn\learn-classloader\target\classes\com\learn\jvm>javap -verbose MyTest1
警告: 二进制文件MyTest1包含com.learn.jvm.MyTest1
Classfile /D:/workspace-learn/common-learn/learn-classloader/target/classes/com/learn/jvm/MyTest1.class
Last modified 2019-9-4; size 473 bytes
MD5 checksum 8dc78fb3801af3d26bc3befec9b7c5ed
Compiled from "MyTest1.java"
public class com.learn.jvm.MyTest1
SourceFile: "MyTest1.java"
minor version: 0
major version: 51
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #4.#20 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #3.#21 // com/learn/jvm/MyTest1.a:I
#3 = Class #22 // com/learn/jvm/MyTest1
#4 = Class #23 // java/lang/Object
#5 = Utf8 a
#6 = Utf8 I
#7 = Utf8 <init>
#8 = Utf8 ()V
#9 = Utf8 Code
#10 = Utf8 LineNumberTable
#11 = Utf8 LocalVariableTable
#12 = Utf8 this
#13 = Utf8 Lcom/learn/jvm/MyTest1;
#14 = Utf8 getA
#15 = Utf8 ()I
#16 = Utf8 setA
#17 = Utf8 (I)V
#18 = Utf8 SourceFile
#19 = Utf8 MyTest1.java
#20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V
#21 = NameAndType #5:#6 // a:I
#22 = Utf8 com/learn/jvm/MyTest1
#23 = Utf8 java/lang/Object
{
public com.learn.jvm.MyTest1();
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: iconst_1
6: putfield #2 // Field a:I
9: return
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 4
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 10 0 this Lcom/learn/jvm/MyTest1; public int getA();
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #2 // Field a:I
4: ireturn
LineNumberTable:
line 12: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/learn/jvm/MyTest1; public void setA(int);
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=2
0: aload_0
1: iload_1
2: putfield #2 // Field a:I
5: return
LineNumberTable:
line 16: 0
line 17: 5
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 6 0 this Lcom/learn/jvm/MyTest1;
0 6 1 a I
}
能够看到,字节码文件中是有常量池 Constant pool
注意,以上反解析得到的并不是真正的class文件的二进制内容,而是解析的结果,可以通过其他相关工具对真正的二进制内容进行查看,将会看到类似下图的结果,其中左边是真正的二进制内容
上图左侧是按照单字节分组显示的,比如CA是一个字节,FE是一个字节。(注:一个字节是8位,而一个16进制数占4位,所以一个字节是两个十六进制数组成的)
要点:
- 使用java -verbose 命令分析一个字节码文件时,将会分析该字节码文件的魔数、版本号、常量池、类信息、类的构造方法、类中的方法信息、类变量与成员变量等信息
- 魔数:所有.class字节码文件的前四个字节都是魔数,,魔数值为固定值:0xCAFEBABE
- 魔数之后的4个字节代码版本号,前2个字节代表次版本号(minor version),后2个字节代表主版本号(major version),以上图为例,次版本号为0,主版本号为52,所以,该文件的版本号是1.8.0
- 常量池(constant pool):紧接着主版本号之后的就是常量池入口。一个Java类定义的很多信息都是由常量池来维护和描述的,可以将常量池看作是Class文件的资源仓库,比如说Java类中定义的方法与变量信息,都是存储在常量池中。常量池中主要存储两类常量:字面量与符号应用。字面量如文本字符串,Java中声明为final的常量值等,而符号引用如类和接口的全局限定名,字段的名称和描述符,方法的名称和描述符等
- 常量池的总体结构:Java类所对应的常量池主要由“常量池数量”与“常量池数组”这两部分共同构成。常量池数量紧跟在主版本号后面(也就是第9个字节开始),占据2个字节;常量池数组则紧跟在常量池数量之后。常量池数组与一般的数组不同的是,常量池数组中不同的原素的类型、结构都是不同的,长度当然也就不同,但是,每一种元素的第一个数据都是一个u1类型,该字节是个标志位,占据1个字节。JVM在解析常量池时,会根据这个u1类型来获取元素的具体类型。以上图为例,第9到第10个字节连起来时 0018,即十进制数字的24,意即后面有24个常量。值得注意的是,常量池数组中元素的个数 = 常量池数 - 1(其中0暂时不使用),目的是满足某些常量池索引值的数据在特定情况下需要表达“不引用任何一个常量池”的含义;根本原因在于,索引为0也是一个常量(保留常量),只不过它不位于常量池数组(也叫常量表)中,这个常量就对应null值,所以常量池的索引从1而非0开始。以上图为例显示有24个常量,但是根据 java -verbose的输出结果,显示只有23个常量。
- 在JVM规范种,每个变量/字段都有描述信息,描述信息的主要作用是描述字段的数据类型、方法的参数列表(包括数量、类型与顺序)与返回值。根据描述符规则,基本数据类型和代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示,而对象类型则使用字符L加对象的全限定名称来表示。为了压缩字节码文件的体积,对于基本数据类型,JVM都只使用一个大写字母,如下所示:B - byte ,C - char,D - double,F - float, I - int,J - long,S - short,Z - boolean,V - void,L - 对象类型,如Ljava/lang/String;
- 对于数组类型来说,每一个维度使用一个前置的[来表示,如int[]被记录为[I,String[][]被记录为[[Ljava/lang/String;
- 用描述符来描述方法时,按照先参数列表,后返回值的顺序来描述。参数列表按照参数的严格顺序放在一组()之类,如方法String getRealNameByIdAndName(int id, String name),表示为(I,Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
附《Class文件结构中常量池中11种数据类型的结构总表》
U1表示长度为一个字节,U2表示长度为2个字节。上面的表中描述了11种数据类型的结构,其实在jdk1.7之后又增加了3种(CONSTANT_MethodHandle_info, CONSTANT_MethodType_info以及CONSTANT_InvokeDynamic_info)。所以加上上面的11种,一共是14种
然后对常量数组种的元素逐一分析:
第一个常量,组成如下:
U1 类型的 0A 对应值为10的 CONSTANT_Methodref_info
U2 类型的 00 04,换算成十进制是4
U2 类型的 00 14,换算成十进制是20
Class字节码中有两种数据类型
- 字节数据直接量:这是基本的数据类型。共细分为u1,u2,u4,u8四种,分别代表连续的1个字节,2个字节,4个字节,8个字节组成的整体数据。
- 表(数组):表是由多个基本数据或其他表,按照既定顺序组成的大的数据集合。表是有结构的,它的结构体现在:组成表的成分所在的位置和顺序都是已经严格定义号的。
Access_Flag访问标志
访问标志信息包括该Class文件是类还是接口,是否被定义为public,是否是abstract,如果是类,是否被声明为final
上图缺少了0x0002代表 ACC_PRIVATE
在本文的例子中,访问标志的值是 00 21,对应于上图就是 ACC_PUBLIC | ACC_SUPER (即这两者的并集)
字段表集合
字段表用于描述类和接口中声明的变量。这里的字段包含了类级别变量以及实例变量,但是不包括方法内部声明的局部变量。
本文例子中,字段表集合是0001打头的,代表有1个字段。后面的内容就是该字段的描述信息
下图看起来更清晰
其中 attribute_info结构如下
这个工具比javap -verbose更全面一些,有idea插件可供下载
LineNumberTable的结构:
其他:
在Java代码的每个非静态方法中都可以使用this指针,实际上从字节码角度来看,this是作为每个方法的第一个参数传递给了方法来实现的。
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