java虚拟机学习

Java虚拟机学习记录(九)——类文件结构(上)

##一、前言
在Java开发中,可以通过javac将.java的源代码编译为.class的类文件。之前一直以为,只有java语言可以编译为.class。但是在前些天的学习中,了解到不仅仅是Java语言可以编译成.class文件然后运行在Java虚拟机上,Clojure、Groovy、JRuby、Jython、Scala等语言都可以运行在Java虚拟机上。觉得这真是太神奇了。今天这一章的内容刚好可以解释这些。

##二、Java虚拟机的无关系特点
一般都说Java是平台无关的,因为Java是运行在Java虚拟机上的,而Java虚拟机是开发成各个平台通用的。那么同时,Java虚拟机其实也是语言无关的,也就是说,Java虚拟机并不要求特定的语言。只要该语言可以被编译生成符合标准的class(类)文件,那么就是可以运行在Java虚拟机上了。那么,类文件的结构是什么样的呢?

##三、类文件的基本知识
##1.基本单位
类文件是以8位字节为基础单位的二进制流,没有任何分割符。当遇到需要占用8位以上的数据时,则会按高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。
###2.存储数据的数据格式:无符号数和表。
无符号数属于基本数据类型。以u1,u2,u4,u8来分别代表1个字节,2个字节,4个字节,8个字节的无符号数,无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者安装UTF-8编码构成的字符串值。
表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型,所有表都习惯性以_info结尾。

##三、类文件的结构
###1.魔数和版本号
class文件的前四个字节称为魔数(Magic Number),用来描述文件的格式,class文件的魔数是0xCAFEBABE。第五六个字节描述次版本号(Minor Version),第七八个字节描述主版本号。
###2.常量池
紧接着主版本号之后是常量池的入口。由于常量池的常量数量是变化的,所以在常量池的入口有一个u2类型(第9,10位)的数据,代表常量池容量计数值。不过这个计数是从1开始的,所以如果这个值是22,则代表有21个常量。
常量池中主要有两种类型:字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References)。

a.字面量: 接近java语言的常量的概念,如文本字符串,声明为final的常量值等
b.符号引用:1.类和接口的全限定名(Fully Qualified Name) 2.字段的名称和描述符(Descriptor) 3.方法的名称和描述符

java代码在编译时不会像c/c++一样进行”连接”,这样在编译生成的class文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息,而是在运行的时候进行动态连接。也就是从常量池中获得方法、字段对应的符号引用,再在类创建或运行时解析翻译到具体的内存地址之中。

常量池中每一个常量都是一个表,在JDK1.7前共有11中常量,在JDK1.7中为了更好的支持动态语言调用,又额外增加了3种(CONSTANT_MethodHandle_info、CONSTANT_MethodType_info和CONSTANT_InvokeDynamic_info)。

这14个表的共同之处在于,表开始的第一项是一个u1类型的标志位(tag),代表当前这个常量属于哪种常量类型。

类型 标志 描述
CONSTANT_Utf8_info 1 UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info 3 整型字面量
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_InterfaceMathodref_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_InvokeDynamic_info 18 表示一个动态方法调用点

###3.访问标志
在常量池结束之后,紧接着的是访问标志,用来描述一些类和接口的访问信息,包括这个Class是类还是接口,是否定义为public,是否是abstract如果是类的话,是否是final。

###4.类索引,父类索引与接口索引集合
访问标志之后是类索引,父类索引与接口索引集合。类索引(this_class)和父类索引(super_class)都是一个u2类型的数据,而接口索引集合(interfaces)是一组u2类型的数据集合(对应java语言中的单继承和多接口实现),

###5.字段表集合
再之后是字段表集合。字段表(Field_info)用于描述接口或者类中声明的变量。字段(field)包括类级变量以及实例级变量,但不包括在方法内部声明的局部变量。一个字段的描述包括:字段的作用域(public,private,protected修饰符)、是实例变量还是类变量(static修饰符)、可变性(final)、并发可见性(volatile修饰符,是否强制从主内存读写)、可否被序列化(transient修饰符)、字段数据类型(基本类型,数组,对象)、字段名称。

###6.方法表集合
字段表之后是方法表集合。很显然,对方法的描述和对字段的描述是很像的。volatile和transient不能描述方法,但是syncronized、native、strictfp和abstract是方法独有的。

Be the First to comment.

Leave a Comment

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注