JVM-解析常量池

Posted 2020-09-09 HarryHook

　　Java最显著的特点就是"Write Once, Run Anywhere"， 这全是因为虚拟机JVM的存在，使得Java代码的运行可以不受操作系统的限制。不论是Java语言的代码还是其他语言的代码，最终都可以编译成字节码.Class文件，虚拟机并不关心文件来自什么语言，只要符合Class文件的格式，可以在虚拟机中运行就行。

　　Class文件中只要两种数据机构：无符号数和表；无符号数u1,u2,u4,u8分别代表1个字节，2个字节，4个字节和8个字节；表是由多个无符号数或其他表构成的复合数据类型，和C语言中的结构体类似。整个Class文件就是由以下的数据项构成的：

类型	名称	数量
u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count
u2	attribute_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

下面是十六进制编辑器wxmedit打开的一个Class文件

　　前四个字节CA FE BA BE 称为魔数（Magic Number）对应u4类型的magic，魔数是用来判定当前的文件是否为Class文件

　　第五和第六个字节 00 00 代表次版本号（Minor Version），第七和第八个字节00 34代表主版本号（Major Version）52，对应JDK52.0

　　主版本号之后就是常量池（Constant Pool)的入口，是占用Class文件最大的项目，常量池的大小是不固定的，所以在常量池入口处首先看到的是常量池的计数值（constant_pool_count）00 36 ，但常量池的容量不是从0而是从1开始计数的，所以对应常量池有54-1=53个常量项

　　常量池中主要存放两大类常量：字面量和符号引用；字面量好比Java中的文本字符串和被声明的final常量，符号引用主要包括了三类常量：类和接口的全限定名，字段的名称和描述符，方法的名称和描述符

　　之所以存在常量池是因为Java代码在编译的时候没有"连接"　

　　C 语言： 编译->链接->.exe->执行
　　　　函数A调用函数B，在链接时会直接在函数A中记录函数B的地址。
　　Java : 编译->.class ->装载执行
　　　  类 Employee 中使用了另外一个类 Department，在Employee.class 中只保存类Department的名称， 而不会保留类Department的“地址”。虚拟机运行的时候需要从常量池获得对应的符号引用，在类创建的时候翻译并解析到具体的内存之中。

　   下面是常量池中包含的项目类型

 

常量池中数据项类型	类型标志	类型描述
CONSTANT_Utf8	1	UTF-8编码的Unicode字符串
CONSTANT_Integer	3	int类型字面值
CONSTANT_Float	4	float类型字面值
CONSTANT_Long	5	long类型字面值
CONSTANT_Double	6	double类型字面值
CONSTANT_Class	7	对一个类或接口的符号引用
CONSTANT_String	8	String类型字面值
CONSTANT_Fieldref	9	对一个字段的符号引用
CONSTANT_Methodref	10	对一个类中声明的方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref	11	对一个接口中声明的方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType	12	对一个字段或方法的部分符号引用

 

 

 

 　　

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

常量池的第一项常量，标志位tag =  07，对应 CONSTANT_Class 类型

 

类型	名称	数量
u1	tag	1
u2	name_index	1

 

 

 　　

 

 

 

 标志位之后是name_index = 00 02，指向常量池中的第二项， tag = 01,表示CONSTANT_Utf8

 

类型	名称	数量
u1	tag	1
u2	length	1
u1	bytes	length

　　

 

 

 

 

第二项常量中 00 33 十进制表示51,即length=51，即此UTF8编码的字符串长度是51个字节

 

 

　　第三项常量tag = 07, 可知是CONSTANT_Class 类型 ，name_index = 00 04, 指向第四项常量

　　第四项常量tag = 01, 可知是CONSTANT_Utf8类型，length = 16 (00 10)转换而来

　　其他项的解析和之前的类似，对照具体的常量的结构来分析

 

常量	项目	类型	描述
CONSTANT_Utf8	tag	u1	值为1
	length	u2	UF-8编码的字符串占用的字节数
	bytes	u1	长度为length的UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer	tag	u1	值为3
	bytes	u4	按照高位在前存储的int值
CONSTANT_Float	tag	u1	值为4
	bytes	u4	按照高位在前存储的float值
CONSTANT_Long	tag	u1	值为5
	bytes	u8	按照高位在前存储的long值
CONSTANT_Double	tag	u1	值为6
	bytes	u8	按照高位在前存储的double值
CONSTANT_Class	tag	u1	值为7
	index	u2	指向全限定名常量项的索引
CONSTANT_String	tag	u1	值为8
	index	u2	指向字符串字面量的索引
CONSTANT_Fieldref	tag	u1	值为9
	index	u2	指向声明字段的类或接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向字段名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_Methodref	tag	u1	值为10
	index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向方法名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_InrerfaceMethodref	tag	u1	值为11
	index	u2	指向声明方法的接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向方法名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_NameAndType	tag	u1	值为12
	index	u2	指向字段或方法名称常量项目的索引
	index	u2	指向该字段或方法描述符常量项的索引