Java-常量池

Java-常量池

       常量池是类文件中最复杂的数据结构。对于JVM字节码来说，如果操作数是很常用的数字，比如 0，这些操作数是内嵌到字节码中的。如果是字符串常量和较大的整数等，Class文件则会把这些操作数存储到常量池中，当使用这些操作数时，会根据常量池的索引位置来查找。

       常量池可以比喻为class文件里的资源仓库，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据，通常也是占用Class文件空间最大的数据项目之一，另外，他还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。

常量池的结构：
struct {
u2                constant_pool_count;
cp_info         constant_pool[ constant_pool_count-1 ];
}

(1) 常量池大小(cp_info_count): 常量池是Class文件中第一个出现的变长结构。既然是池就有大小，所以在常量池的入口需要放置一项u2(两个字节)类型的数据，代表常量池容量计数值。与Java中语言习惯不同，这容量是从1开始的而不是从0开始的。0属于保留索引，可供特殊情况使用。(Class文件只有常量池的容量计数是从1开始的，对于其他集合类型，包括接口索引集合，字段表集合，方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始的)。

(2)常量池项(cp_info)集合： 最多包含 n-1 个元素。因为long和double类型的常量会占用两个索引位置，如果常量池包含了这两种类型的元素，实际的常量池的元素个数比 n-1 要小。

Java虚拟机目前一共定义了14中常量项tag类型，如下表：

类型	tag(标志)	描述
CONSTANT_Utf8_info	1	UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整形字面量
CONSTANT_Float_info	4	浮点型字面量
CONSTANT_Long_info	5	长整型字面量
CONSTANT_Double_info	6	双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class_info	7	类或接口的符号引用
CONSTANT_String_info	8	字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref_info	9	字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info	10	类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的部分符号引用
CONSTANT_MethodHandle_info	15	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	16	表示方法类型
CONSTANT_Dynamic_info	17	表示一个动态计算常量

1、 boolean，byte，short ，char 和 float 类型

Java语言规范定义了boolean，byte，short 和 char 类型的变量在常量池中都会被当作 int 来处理。int 和 float 都是用 4 个字节来表示具体的数值常量。

接下来测试一下：( 此处在 IDEA里面下载插件jclassbil之后，点击View——>Show Bytecode With Jclassbil 可查看 )

1.1 Boolean

public class HelloWorld {
    public final boolean bool = true;
}

1.2 Byte

public class HelloWorld {
    public final byte aByte = Byte.MAX_VALUE;
}

对于short，char， int 和 float 同样可以测试，此处不再赘述。

2、long 和 double 类型

long 和 double 类型的常量都用8个字节表示具体的常量数值( 分为 high_bytes 和 low_bytes )。接下来测试一下：

2.1 long

public class HelloWorld {
    public final long aLong = Long.MAX_VALUE;
}

2.2 double

public class HelloWorld {
    public final double aDouble = Double.MAX_VALUE;
}

可见CONSTANT_Long_info 和 CONSTANT_Double_info 都是占用两个常量池位置(例子中的[09] 和 [10])。

3、CONSTANT_Utf8_info

(1) 对于传统的ASCII编码字符 ( 0x0001~0x007F )，UTF-8 用一个字节来表示，如下所示。
0000 0001 ~ 0000 007F --> 0xxxxxxx
因此英文字母的ASCII编码和UTF-8编码的结果一样。

(2) 对于0080 ~ 07FF 范围的字符，UTF-8用2个字节来表示，如下图所示。
0000 0080 ~ 0000 07FF --> 110xxxxx 10xxxxxx
程序遇到这种字符的时候，会把第一个字节的110和第二个字节的10去掉，再把剩下的bit组成新的两字节数据。

(3) 对于 0000 0800 ~ 0000 FFFF 范围的字符，UTF-8 用 3 个字节表示，如下所示。
0000 0800 ~ 0000 FFFF --> 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
程序遇到这种字符的时候，会把第一个字节的1110，第二个字节和第三字节的10去掉，再把剩下的bit组成新的3字节数据。

(4) 对于 0001 0000 ~ 0010 FFFF 范围的字符，UTF-8 用4个字节表示，如下所示。
0001 0000-0010 FFFF --> 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
程序遇到这种字符的时候，会把第一个字节的1110以及第二个，第三，第四字节中的10去掉，再把剩下的bit组成新的4字节数据。

4、CONSTANT_String_info

CONSTANT_String_info用来表示java.lang.String类型的常量对象。
CONSTANT_Utf8_info 存储了字符串真正的内容，而CONSTANT_String_info并不包括字符串的内容，仅仅包含一个指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info常量类型的索引。

public class HelloWorld {
    public final String str = "Hello JVM";
}

可看到[07]处是CONSTANT_String_info，存储了一个索引，指向[08]，[08]处是CONSTANT_Utf8_info， 存储的才是字符串 Hello JVM。