深刻理解Java Class文件格式（八）

時間 2019-12-02

原文原文鏈接

在本專欄的第一篇文章深刻理解Java虛擬機究竟是什麼中，咱們主要講解了什麼是虛擬機，這篇博客是對JVM的一個概述。在隨後的幾篇文章中，一直在講解class文件格式。在今天這篇博客中，將會繼續講解class文件中的其餘信息。在本文中，將會講解class文件中的最後一部分，屬性（attributes）。這裏的屬性和源文件中的屬性不是一個概念。在源文件中，咱們把在類中定義的字段也叫作屬性。而class文件中的屬性，能夠看作是存儲一些額外信息的數據結構。下面咱們就來介紹屬性。java

class文件中的attributes_count和attributes數組

attributes_count位於class文件中methods的下面。它佔兩個字節，存儲的是一個整數值，表示class文件中屬性的個數。數據結構

attributes_count下面的是attributes，能夠把它看作一個數組，每一個數組項是一個attribute_info ，每一個attribute_info 表示一個屬性。attributes中有 attributes_count個attribute_info 。this

須要說明的是，屬性會出如今多個地方，不只僅出如今頂層的ClassFile中，也會出如今class文件中的數據項中，如出如今field_info中，用來描述特定字段的一些信息，還能夠出如今method_info中，用來描述特定方法的一些信息。（關於field_info和method_info已經在上面一篇博客中介紹過，不明白的能夠參考上面的博客：深刻理解Java Class文件格式（七））spa

屬性（attribute_info）的大概格式是這樣的：
.net

其中attribute_name_index佔兩個字節，它是一個指向常量池數據項的索引。它指向一個CONSTANT_Utf8_info ，這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是當前屬性的名字。3d

attribute_name_index下面的四個字節叫作attribute_length，它表示當前屬性的長度，這個長度不包括前6個字節，也就是說只包括屬性真實信息（也就是info）的長度代理

attribute_length下面的數據是info，它的長度由上面提到的attribute_length指定，它存放的是真實的屬性數據。code

下面咱們會依次介紹一些重要屬性，相對不是很重要的屬性會一筆帶過。對象

ClassFile中的SourceFile屬性

首先介紹一個比較簡單的屬性：SourceFile。該屬性出如今頂層的class文件中。它描述了該類是從哪一個源文件中編譯來的，注意，描述的是源文件，而不是類，一個源文件中能夠存在多個類。它的格式以下：

前面說過， attribute_name_index指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info ，這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是這個屬性的名字字符串，即「SourceFile」。

attribute_length是屬性信息的長度，這裏是2，由於這個屬性的info就兩個字節。

sourcefile_index佔兩個字節，這也是爲何attribute_length是2的緣由。 sourcefile_index指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info ，這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是生成該類的源文件的文件名，這裏的文件名不包括路徑部分。

下面舉例說明，示例代碼：

package com.jg.zhang;
 
public class Person {
 
	int age;
 
	int getAge(){
		return age;
	}
}

反編譯後的相關信息：

public class com.jg.zhang.Person
SourceFile: "Person.java"
Constant pool:
.........
#20 = Utf8 SourceFile
#21 = Utf8 Person.java

.........

反編譯結果中的 SourceFile: "Person.java" 一行是SourceFile屬性的簡單表示形式。能夠把它看作一個可讀的attribute_info 。下面常量池中的第20項的CONSTANT_Utf8_info是對這個屬性的屬性名（attribute_name_index）的描述，第21項的CONSTANT_Utf8_info是對源文件的文件名的描述。

下面是圖例，注意，虛線範圍內表示常量池區域：

ClassFile中的InnerClasses屬性

InnerClasses是一個存在於頂層class文件中的屬性，它描述的是內部類和外圍類的關係。這是一個相對來講比較複雜的屬性，由於每一個類可能有多個內部類，而這些內部類中可能還有內部類，多層嵌套。外圍類中的InnerClasses屬性必須描述它的全部內部類，而內部類中的InnerClasses也必須描述它的外圍類。

因爲這個屬性相對較爲複雜，而對於咱們理解class文件又不具備很大的意義，因此咱們只是簡單的介紹一下。若是想深刻理解這個屬性，請參考《深刻Java虛擬機》第144到166頁。

下面是這個屬性的結構：

attribute_name_index和attribute_length就不過多介紹了，和上面介紹的是同樣的。

number_of_classes描述的是內部類的個數。

classes能夠看作是一個數組，這個數組中的每一項是一個inner_class_info，而每一個inner_class_info是對一個內部類的描述。每一個 inner_class_info的結構以下：

Synthetic屬性

Synthetic屬性能夠出如今filed_info中， method_info中和頂層的ClassFile中，分別表示這個字段，方法或類不是有用戶代碼生成的（即不存在與源文件中），而是由編譯器自動添加的。例如，編譯器會爲內部類增長一個字段，該字段是對外部類對象的引用；若是一個不定義構造方法，那麼編譯器會自動添加一個無參數的構造方法<init>，若是定義了靜態字段或靜態代碼塊，還會根據具體狀況，增長靜態初始化方法<clinit> 。此外，有些機制，如動態代理，會在運行時自動生成字節碼文件，因爲這些類不是由源文件中編譯來的，因此這些類的class文件中會有一個Synthetic屬性。

它的結構以下：

能夠看到，它沒有真正的屬性數據info，它只是一個標誌性的屬性，用來表示它所在的字段，方法或類是由編譯器自動添加的。

下面以實例代碼來講明，源碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class Person {
	
	static{
		System.out.println("static");
		
	}
	
	int age;
 
	int getAge(){
		return age;
	}
}

反編譯後的相關信息以下：

{
  int age;
    flags:
 
 
  static {};
 
    .........
 
  public com.jg.zhang.Person();
    
    .........
 
  int getAge();
 
    .........
}

由反編譯結果能夠看出，編譯器自動生成了靜態初始化方法和構造方法。多是由於Synthetic屬性是可選的（也就是說某個版本的編譯器能夠選擇不加入Synthetic屬性），因此在反編譯後的結果中沒有發現Synthetic屬性。

ConstantValue屬性

ConstantValue屬性出如今class文件中的field_info中，也就是說它是一個和字段相關的屬性。每一個field_info中最多隻能出現一個ConstantValue屬性。此外，要注意的是，必須是靜態字段才能夠有ConstantValue屬性。這個靜態字段能夠是final的，也能夠不是final的。

這個屬性爲靜態變量提供了另外一種初始化的方式。靜態變量初始化的方式有兩種，一種就是如今要講得ConstantValue屬性，另外一種就是靜態初始化方法<clinit> 不一樣的編譯器和虛擬機能夠有不一樣的實現方式。可是若是虛擬機決定使用ConstantValue屬性爲靜態變量賦值，那麼爲這個變量的賦值動做，必須位於執行<clinit>方法以前。

此外，只有基本數據類型或String類型的靜態變量才能夠存在ConstantValue屬性，緣由在下面會有說明。

下面介紹它的結構：

attribute_name_index和attribute_length就不過多介紹了，和上面介紹的是同樣的。這裏的attribute_length爲2 。

位於attribute_length之下的是constantvalue_index ，這是一個指向常量池中某個數據項的索引。這個常量池數據項中存放的就是當前字段的值。

這個常量池中的數據項，根據field_info描述的字段的不一樣，能夠是不一樣類型的數據項，若是當前字段是byte， short， char， int， boolean類型，那麼這個被指向的常量池數據項就會是一個CONSTANT_Integer_info ，若是當前字段是一個long類型的字段，那麼這個被指向的常量池數據項就會是一個CONSTANT_Long_info 。若是當前字段是是一個String類型的字段，那麼這個被指向的常量池數據項就是一個CONSTANT_String_info 。這裏有一點須要說明，雖然java語言支持byte， short， char， boolean類型，可是JVM卻不支持這幾種類型，表如今class文件中就是， class文件中的常量池中沒有和這幾個數據類型相對應的數據項，這幾中類型都被JVM在執行時當作int來對待，表如今class文件中就是，這幾種類型都對應常量池中的CONSTANT_Integer_info 數據項。

這也說明了，爲何只有基本數據類型和String類型的靜態常量纔會存在ConstantValue屬性。由於constantvalue_index只是一個指向常量池的索引，而其餘引用類型的常量不會存在於常量池中。

下面以實例來講明，實例代碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class Person {
	
	static final int a = 1;
	
	int age;
 
	int getAge(){
		return age;
	}
}

反編譯後的相關結果以下：

......

Constant pool:

#7 = Utf8 ConstantValue
#8 = Integer 1

{
static final int a;
flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL
ConstantValue: int 1

.........
}

能夠看到，源文件中的a字段，是static final 的，因此編譯器爲這個字段的filed_info生成了ConstantValue屬性。這個屬性的示意圖以下所示，注意，虛線範圍內表示常量池區域：

Deprecated屬性

Deprecated屬性能夠存在於filed_info中， method_info中和頂層的ClassFile中，分別表示這個字段，方法或類已通過時。這個屬性用來支持源文件中的@deprecated註解。也就是說，若是在源文件中爲一個字段，方法或類標註了@deprecated註解，那麼編譯器就會在class文件中爲這個字段，方法或類生成一個Deprecated屬性。

Deprecated屬性的格式以下：

上面的屬性同樣， attribute_name_index屬性指向一個常量池中的CONSTANT_Utf8_info 。這個CONSTANT_Utf8_info中存放着該屬性的名字「Deprecated」。

attribute_length永遠爲0 ，由於這個屬性只是一個標誌信息，用來表示字段，方法，類已通過時，而不具備任何實質性的屬性信息。

下面以代碼示例來講明，代碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class Person {
	
	int age;
 
	@Deprecated
	int getAge(){
		return age;
	}
}

在getAge方法上使用了@deprecated 。下面是反編譯以後的相關信息：

......

Constant pool:
......

#18 = Utf8 Deprecated

......

{

......

int getAge();
flags:
Deprecated: true

......

}

能夠看到，在getAge方法相關的信息中，有一行 Deprecated: true ，這說明編譯器在getAge方法的method_info中加入了Deprecated屬性。常量池第18項的CONSTANT_Utf8_info中存放的是Deprecated屬性的屬性名「Deprecated」。

下面是示意圖，虛線範圍內表示常量池區域：

總結

本文就到此爲止。在本文中，主要講解了class文件中的一些屬性。這些屬性能夠出如今class文件中的對個地方，用來描述一些其餘信息。

在下一篇博客中，會繼續講解其餘屬性。下一篇博客要講解的屬性相對比較重要，由於這些屬性主要是和方法相關的。到目前爲止，咱們已經講解了class文件中的大部分信息，包括常量池， this_class, super_class, field_info, method_info等等。雖然method_info是對一個方法的描述，可是目前咱們知道的而關於method_info的信息，只描述了方法的方法名，描述符等簽名信息。可是方法中還包括不少重要信息，好比字節碼指令，異常處理塊，方法聲明拋出的異常等。這些重要信息在class文件中是如何描述的呢？下一篇博客將會揭曉答案，敬請關注。