【JVM】class文件解析
class文件解析
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在我们编译后的class文件内部都是存的16进制的数据
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里面到底储存了什么数据，又有什作用呢，下面我们一起来学习学习
Class文件结构示意图
下面的图是一字排开形式，都是平级关系，由于图片排开太长，所以我画成了下面这样【容易误会，特此说明】
Class常量池如何储存数据
看上面的组织结构图，第一层的常量池数据区，那是我们这一小节的攻克目标
常量池里面又是什么结构组织呢？
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首先我们看到常量池数据区的左边是常量池计数器
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常量池计数器：记录的是常量池数据区中的常量池项cp_info的数量
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从1开始计数，第一个有用常量池项为1，所以常量池项的索引也是从1开始
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至于索引为0的数据空间，class文件规范是如此定义的
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常量池项 (cp_info) 的结构
cp_info{
tag:xx
info[]:xx
}
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tag：类型，用标记下面info数组的数据类型
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info[]：若干个字节构成数组
细化了的常量池的结构会是类似下图所示的样子：
int和float数据类型在常量池中的储存？
比如我们用这个代码做测试：
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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
public class IntAndFloat{ private final int a = 10; private final int b = 10; private float c = 11f; private float d = 11f; private float e = 11f; }
javac编译为字节码.class文件，然后我们使用：javap -v IntAndFloat.class观察其常量池中的信息
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编译器会将10和11f分别包装成consant_integer_info和consant_float_info结构体
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然后放置搭到常量池中去
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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
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第四个常量池项为 ：11.0f
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第十三个常量池项：10
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其他的常量池项的意义我们后面会说道
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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#13 定位到第#13 个常量池项(cp_info)，即值为 10的结构体CONSTANT_Integer_info
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而用到float类型的11f时，也会指向常量池的指针值#4来定位到第#4个常量池项(cp_info) 即值为11f的结构体CONSTANT_Float_info
long和double数据类型在常量池中的储存？
我们都知道long和double都是占用8个字节的数据类型，那么他妈的储存和上面四个字节有何区别呢？
如int和float的演示代码一致，我们也会发现，无论在代码中声明了几个变量，只要取值相同，那么该值只会在常量池中存有一份
String 类型的字符串在常量池中如何储存？
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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
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编译时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
用代码演示一下：
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"; }
操作手法一致，先变异后查看常量词信息：javap -v StringTest.class
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好像和上面有一点不同了，我们首先先把储存细节说一下，然后就明白哪里不同了
CONSTANT_String_info { u1 tag=8； u2 string_index; //常量池索引 }
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这就是String在常量池中的储存的前一部分，可以发现不同的是
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本来为数据的 u4 bytes 变成了 u2的 string_index
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String类型的储存和其他类型的储存还是有很大的区别，他们是直接储存，而String不是
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string_index储存的并不是直接的字节数组，而储存的是真实数据的一个索引值
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被指定的索引值得对应的数据才是真实的数据所在
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拿上图说话，#2 后面没有任何数据，指向的是#21
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#21后面的数据才是我们的数据所在，而#21的结构体如下所示
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CONSTANT_String_info { u1 tag=1; //为 utf8类型，而不是8 u2 length; //该字节数组的长度 u1 bytes[length]; //使用utf8编码后的字节数组数据 }
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字符串储存的细节为：【联合上图的代码测试】
类文件中定义的类和类中使用到的类在常量池中的存储？
说了上面的String类型的储存，下面我们在说引用类型的储存就简单多了 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，其结构如下所示：
CONSTANT_String_info { u1 tag=7; u2 name_index }
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name_index的值是某个constant_utf8_info结构体在常量池中的索引
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对应的constant_utf8_info结构体储存了对应的二进制形式的完全限定名称的字符串
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name_index是占有两个字节，也就是说它最大能表示65535（2的16次方 - 1）
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所以常量池中最大容量65535个常量项，在定义Java类时应该注意类的大小，不能太大
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我们还是简单定义一个测试，来说明一下
import java.util.Date; public class ClassTest { private Date date =new Date(); }
老规矩，先编译后查看常量池信息：javap -v ClassTest.class
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我们一个发现了三个CONSTANT_Class_info类型的结构体
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#2 的name_index指向 #16
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#16：承载的是Data类的二进制形式的完全限定名
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#5 的name_index指向 #18
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#18：承载的是ClassTest类的二进制形式的完全限定名
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#6 的name_index指向 #19
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#19：承载的是Object类的二进制形式的完全限定名，每个类都默认继承Object，不会忘了吧？
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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
import java.util.Date; public class ClassTest { private Date date; //只创建了引用，没有实列化的不会加载到常量池中 }
总结一波
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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
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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
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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，但不会有实列的二进制形式的完全限定名加载到常量池中
哪些字面量会进入常量池
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【final修饰】的8种基本类型的值会进入常量池
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【非final类型】（包括static的）的8种基本类型的值，只有【double、float、long】的值会进入常量池
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常量池中包含的字符串类型字面量（【双引号引起来的字符串值】）
Class中的符号引用和直接引用
符号引用
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符号引用以一组符号来定位所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量
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比如上面我们说到的String,Class类型等
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符号引用与虚拟机的内存布局无关，引用的目标并不一定加载到内存中
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在编译时，java类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能使用符号引用来代替
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比如我们的Test.class,引用了Data类，但是在编译的时候并不知道Data的实际内存地址
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因此只能使用符号引用的方式定位到Data类的地址所在
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直接引用
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直接指向目标的指针（比如，指向“类型”【Class对象】、类变量、类方法的直接引用可能是指向方法区的指针）
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相对偏移量（比如，指向实例变量、实例方法的直接引用都是偏移量）
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一个能间接定位到目标的句柄
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直接引用是和虚拟机的布局相关的 ，如果有了直接引用，那引用的目标必定已经被加载入内存中了，直接定位内存地址
引用替换的时机
符号引用替换为直接引用的操作发生在类加载过程(加载 -> 连接(验证、准备、解析) -> 初始化)中的解析阶段
将符号引用转换(替换)为对应的直接引用，放入运行时常量池中
Class中的特殊字符串
特殊字符串包括三种：
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类的全限定名
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字段和方法的描述符
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特殊方法的方法名
类的全限定名
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源文件中一个类的名字， 在class文件中是用全限定名表述的
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Object类，在源文件中的全限定名是 java.lang.Object 。而class文件中的全限定名是将点号替换成“/” , 也就是 java/lang/Object
字段和方法的描述符
对于字段的数据类型，其描述符主要有以下几种：
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基本数据类型：（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）：
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除 long 和boolean，其他基本数据类型的描述符用对应单词的大写首字母表示。
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long 用 J 表示，boolean 用 Z 表示
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void：描述符是 V
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对象类型： 描述符用字符 L 加上对象的全限定名表示，如 String 类型的描述符为Ljava/lang/String
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数组类型：每增加一个维度则在对应的字段描述符前增加一个 [ ，如一维数组 int[] 的描述符为 [I ，二维数组 String
对于字段的描述符：
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int i 中， 字段i的描述符就是 I Object o中， 字段o的描述符就是 Ljava/lang/Object; double[][] d中， 字段d的描述符就是 [[D
对于方法的描述符：
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方法的描述符比较复杂， 包括所有参数的类型列表和方法返回值。 它的格式是这样的
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(参数1类型 参数2类型 参数3类型 ...)返回值类型
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不管是参数的类型还是返回值类型， 都是使用对应字符和对应字符串来表示的， 并且参数列表使用小括号括起来， 并且各个参数类型之间没有空格， 参数列表和返回值类型之间也没有空格
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为了方便理解，下面我们来看看
| 方法描述符 | 方法声明 |
|---|---|
| ()I | int getSize() |
| ()Ljava/lang/String; | String toString() |
| ([Ljava/lang/String;)V | void main(String[] args) |
| ()V | void wait() |
| (JI)V | void wait(long timeout, int nanos) |
| (ZILjava/lang/String;II)Z | boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toOffset, String other, int ooffset, int len) |
| ([BII)I | int read(byte[] b, int off, int len ) |
| ()[[Ljava/lang/Object; | Object |
特殊方法的方法名
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首先要明确一下， 这里的特殊方法是指的类的构造方法和类型初始化方法
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构造方法就不用多说了， 至于类型的初始化方法， 对应到源码中就是静态初始化块
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静态初始化块， 在class文件中是以一个方法表述的， 这个方法同样有方法描述符和方法名，具体如下
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类的构造方法的方法名使用字符串 表示
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静态初始化方法的方法名使用字符串 表示
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除了这两种特殊的方法外， 其他普通方法的方法名， 和源文件中的方法名相同
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Javap命令
在上面的学习中，我们频繁的使用到了javap命令来查看class文件的常量池
现在我们来对他进行一个比较全面的掌握
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javap是jdk自带的反解析工具
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它的作用就是根据class字节码文件，
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反解析出当前类对应的code区（汇编指令）、
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本地变量表、
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异常表、
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代码行偏移量映射表、
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常量池等等信息
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语法格式：javap <options> <classes>
帮助命令查看所有options：javap -help
-version 版本信息，其实是当前javap所在jdk的版本信息，不是class在哪个jdk下生成的。 -v -verbose 输出附加信息（包括行号、本地变量表，反汇编等详细信息） -l 输出行号和本地变量表 -public 仅显示公共类和成员 -protected 显示受保护的/公共类和成员 -package 显示程序包/受保护的/公共类 和成员 (默认) -p -private 显示所有类和成员 -c 对代码进行反编译生成汇编代码 -s 输出内部类型签名 -sysinfo 显示正在处理的类的系统信息 (路径， 大小， 日期， MD5 散列) -constants 显示静态最终常量 -classpath <path> 指定查找用户类文件的位置 -bootclasspath <path> 覆盖引导类文件的位置
我们一般常用的就是：-v -l -c
