深刻理解JVM類文件格式

時間  2019-11-09
標籤 深刻 理解 jvm 文件格式 欄目 Java 简体版
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咱們知道Java最有名的宣傳口號就是：「一次編寫，處處運行（Write Once，Run Anywhere）」，而其平臺無關性則是依賴於JVM， 全部的java文件都被編譯成字節碼（class）文件，而虛擬機只須要認識字節碼文件就能夠了。想要弄懂虛擬機以及類加載機制，這部份內容是不可不知的。
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JVM
JVM

Class文件是一組以8字節爲基礎單位的二進制流，全部數據無間隔的排列在Class文件之中，多字節數據以大端(big-endian order)的方式存儲。Class文件以一種接近於C中結構體的僞代碼形式存儲數據結構，而且只包含無符號數和表兩種數據結構：java

  • 無符號數:u一、u二、u四、u8分別表一、二、四、8字節的無符號數
  • 表： 由多個無符號數或者其餘表組成的複合數據類型， Class文件自己也是一張表。

Class表結構：數組

ClassFile {
    u4             magic;
    u2             minor_version;
    u2             major_version;
    u2             constant_pool_count;
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];
    u2             access_flags;
    u2             this_class;
    u2             super_class;
    u2             interfaces_count;
    u2             interfaces[interfaces_count];
    u2             fields_count;
    field_info     fields[fields_count];
    u2             methods_count;
    method_info    methods[methods_count];
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}複製代碼

參照上面的數據結構，Class文件由10個部分組成：
1 . 魔數
2 . Class文件主次版本號
3 . 常量池
4 . 訪問標記
5 . 當前類名
6 . 父類名
7 . 繼承的接口名
8 . 包含的全部字段的數量+字段
9 . 包含的全部方法的數量+方法
10 . 包含的全部屬性的數量+屬性bash

下面咱們依次對每一個部分進行分析：數據結構

1. 魔數

魔數（Magic number）用來肯定文件類型，這裏就是檢測文件是不是可以被虛擬機接受的Class文件。不少文件都使用魔數來肯定文件類型，而不是擴展名（由於擴展名能夠任意修改）。能夠參看個人深刻理解程序構造（一）。併發

Class文件的魔數是「0xcafebabe」，咖啡寶貝？Java自己也是一種爪哇咖啡，真是挺有緣的。
這裏我也寫個小的測試程序，來看看它的二進制碼流：oracle

package com.shuqing28;

public class TestClass {
    private int m;
    public int inc() {
        return m+1;
    }
}複製代碼

咱們使用javac編譯成.class文件，Windows下可使用WinHex打開，Linux下則可使用hexdump打開二進制，命令以下：app

$ hexdump -C TestClass.class 
00000000  ca fe ba be 00 00 00 34  00 16 0a 00 04 00 12 09  |.......4........|
00000010  00 03 00 13 07 00 14 07  00 15 01 00 01 6d 01 00  |.............m..|
00000020  01 49 01 00 06 3c 69 6e  69 74 3e 01 00 03 28 29  |.I...<init>...()|
00000030  56 01 00 04 43 6f 64 65  01 00 0f 4c 69 6e 65 4e  |V...Code...LineN|
00000040  75 6d 62 65 72 54 61 62  6c 65 01 00 12 4c 6f 63  |umberTable...Loc|
00000050  61 6c 56 61 72 69 61 62  6c 65 54 61 62 6c 65 01  |alVariableTable.|
00000060  00 04 74 68 69 73 01 00  19 4c 63 6f 6d 2f 73 68  |..this...Lcom/sh|
00000070  75 71 69 6e 67 32 38 2f  54 65 73 74 43 6c 61 73  |uqing28/TestClas|
00000080  73 3b 01 00 03 69 6e 63  01 00 03 28 29 49 01 00  |s;...inc...()I..|
00000090  0a 53 6f 75 72 63 65 46  69 6c 65 01 00 0e 54 65  |.SourceFile...Te|
000000a0  73 74 43 6c 61 73 73 2e  6a 61 76 61 0c 00 07 00  |stClass.java....|
000000b0  08 0c 00 05 00 06 01 00  17 63 6f 6d 2f 73 68 75  |.........com/shu|
000000c0  71 69 6e 67 32 38 2f 54  65 73 74 43 6c 61 73 73  |qing28/TestClass|
000000d0  01 00 10 6a 61 76 61 2f  6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a  |...java/lang/Obj|
000000e0  65 63 74 00 21 00 03 00  04 00 00 00 01 00 02 00  |ect.!...........|
000000f0  05 00 06 00 00 00 02 00  01 00 07 00 08 00 01 00  |................|
00000100  09 00 00 00 2f 00 01 00  01 00 00 00 05 2a b7 00  |..../........*..|
00000110  01 b1 00 00 00 02 00 0a  00 00 00 06 00 01 00 00  |................|
00000120  00 03 00 0b 00 00 00 0c  00 01 00 00 00 05 00 0c  |................|
00000130  00 0d 00 00 00 01 00 0e  00 0f 00 01 00 09 00 00  |................|
00000140  00 31 00 02 00 01 00 00  00 07 2a b4 00 02 04 60  |.1........*....`|
00000150  ac 00 00 00 02 00 0a 00  00 00 06 00 01 00 00 00  |................|
00000160  06 00 0b 00 00 00 0c 00  01 00 00 00 07 00 0c 00  |................|
00000170  0d 00 00 00 01 00 10 00  00 00 02 00 11           |.............|
0000017d複製代碼

看第一行的前4個字節的十六進制就是0xcafebabe，因此文件類型確實爲.class文件。jvm

2. 版本號

第5和第6字節是次版本號（Minor Version），第7和第8字節是主版本號（Major Version）。這裏看出咱們的主版本號是0x0034，也就是52，下面是JDK與其對應的版本號關係：ide

JDK 1.8 = 52
JDK 1.7 = 51
JDK 1.6 =50
JDK 1.5 = 49
JDK 1.4 = 48
JDK 1.3 = 47
JDK 1.2 = 46
JDK 1.1 = 45

能夠看出我使用的是Java8編譯的代碼。

3. 常量池

咱們繼續看二進制文件的第一行：

00000000  ca fe ba be 00 00 00 34  00 16 0a 00 04 00 12 09  |.......4........|複製代碼

在主版本號0x0034後的是0x0016，這個值表示常量池的容量。常量池能夠理解爲Class文件的資源倉庫，常量池中包含的數據結構是這樣的:

cp_info {
    u1 tag;
    u1 info[];
}複製代碼

常量池中的每一個項目都包含一個tag開頭的cp_info對象，表明着常量類型，info則根據不一樣的類型各有各的結構。目前一共有14種常量類型：

Constant Type Value
CONSTANT_Class 7
CONSTANT_Fieldref 9
CONSTANT_Methodref 10
CONSTANT_InterfaceMethodref 11
CONSTANT_String 8
CONSTANT_Integer 3
CONSTANT_Float 4
CONSTANT_Long 5
CONSTANT_Double 6
CONSTANT_NameAndType 12
CONSTANT_Utf8 1
CONSTANT_MethodHandle 15
CONSTANT_MethodType 16
CONSTANT_InvokeDynamic 18

上面的0x0016翻譯成十進制是22，那麼常量池中有21個常量，由於常量池中索引是從1開始計數的，因此常量索引範圍是1~21。

00000000  ca fe ba be 00 00 00 34  00 16 0a 00 04 00 12 09  |.......4........|複製代碼

接下看常量池的第一個常量, tag是0x0a, 查上面的常量表就是CONSTANT_Methodref，表示接下來定義的是一個方法，知道類型後，咱們能夠查一下CONSTANT_Methodref的結構，這裏能夠參考Oracle的官方文檔The class File Format,

CONSTANT_Methodref_info {
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}複製代碼

因爲.class文件是無間隔的二進制文件，因此接着讀：

  • tag: 0x0a,上面已經說了指代CONSTANT_Methodref常量
  • class_index：指向常量池中CONSTANT_Class_info類型的常量，表明上面方法的名稱
  • name_and_type_index : 指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info常量，是對方法的描述

由於class_index佔兩個字節，因此緊接着讀到了0x0004,也就是4，指向常量池中的第4個常量，name_and_type_index是0x0012，指向第18個常量。後面會分析到第4和第18個常量。

繼續往下讀，到第一行的最末了，是個0x09,指示的是CONSTANT_Fieldref，表示接下來是對一個域的定義， 查官方文檔，格式爲:

CONSTANT_Fieldref_info {
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}複製代碼

結構和CONSTANT_Methodref_info同樣，這時候讀到了第二行：

00000010  00 03 00 13 07 00 14 07  00 15 01 00 01 6d 01 00  |.............m..|複製代碼

class_index爲0x0003，指向第3個常量，name_and_type_index爲0x0013指向第13個常量。這時候繼續日後讀，終於讀到第3個常量了。此時tag是0x07，查表可得爲CONSTANT_Class類型，此類型的常量表明一個類或者接口的符號引用，CONSTANT_Class的結構：

CONSTANT_Class_info {
    u1 tag;
    u2 name_index;
}複製代碼

tag是7， name_index是0x0014，十進制就是20，指向第20個常量，這樣咱們已經讀了不少個字節了。可是這樣解析下去很累，還好java自帶的javap工具能夠幫咱們分析出字節碼的內容。
執行下面語句:

javap -verbose TestClass.class複製代碼

咱們能夠獲得：

Last modified Nov 14, 2017; size 381 bytes
  MD5 checksum 102d643185c4823ef103931ff3e34462
  Compiled from "TestClass.java"
public class com.shuqing28.TestClass
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref #3.#19 // com/shuqing28/TestClass.m:I
   #3 = Class #20 // com/shuqing28/TestClass
   #4 = Class #21 // java/lang/Object
   #5 = Utf8 m
   #6 = Utf8 I
   #7 = Utf8 <init>
   #8 = Utf8 ()V
   #9 = Utf8 Code
  #10 = Utf8 LineNumberTable
  #11 = Utf8 LocalVariableTable
  #12 = Utf8 this
  #13 = Utf8 Lcom/shuqing28/TestClass;
  #14 = Utf8 inc
  #15 = Utf8 ()I
  #16 = Utf8 SourceFile
  #17 = Utf8 TestClass.java
  #18 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V
  #19 = NameAndType #5:#6 // m:I
  #20 = Utf8 com/shuqing28/TestClass
  #21 = Utf8 java/lang/Object
{
  public com.shuqing28.TestClass();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
...//省略複製代碼

這裏咱們能夠看到Constant pool字段，後面依次列出了21個常量，能夠看出第一個是Methodref型的常量，class_index指向第4個常量，第4個常量呢是CONSTANT_Class類型，name_index又指向第20個常量，可知是一個CONSTANT_Utf8類型的常量，前面沒說到CONSTANT_Utf8，下面是它的結構:

CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];
}複製代碼

第一位tag爲1，length指示字符數組的長度，bytes[length]是使用UTF-8縮略編碼表示的字符串，這裏解析出來是com/shuqing28/TestClass，即類的全限定名。

繼續回到第一個Methodref常量，它的name_and_type_index值是18, 繼續找到第18個常量，是CONSTANT_NameAndType_info類型，表明的是一個方法的信息：

CONSTANT_NameAndType_info {
    u1 tag;
    u2 name_index;
    u2 descriptor_index;
}複製代碼

name_index指向了常量7， 即#7 = Utf8 <init>, 是一個CONSTANT_Utf8_info類型，值爲,這個是方法的名稱，descriptor_index指向了常量8，即#8 = Utf8 ()V,是方法的描述，下文會說這個表達式是什麼意思。
這樣咱們就能夠一一把這21個常量分析清楚了。

其實Class文件就是在一開始列出了一堆常量，後面的各類描述都是各類index，指向前面常量池中的各類常量，來描述整個類的定義。就像有一本字典，咱們使用字典中的字來造咱們的句子，只不過Class文件中造句是有嚴格格式規定的，下面的內容基本都按照固定格式，無間隔的描述一個類的內容。

4. 訪問標誌

常量池結束後，緊接着的兩個字節表明訪問標誌（access_flags）,這個標誌用於識別一些類或者接口的訪問信息，包括這個Class是類仍是接口，是不是public的,是不是abstract，是不是final的。
訪問標記含義以下表：

標誌名稱 標誌值 含義
ACC_PUBLIC 0x0001 Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_FINAL 0x0010 Declared final; no subclasses allowed.
ACC_SUPER 0x0020 Treat superclass methods specially when invoked by the invokespecial instruction.
ACC_INTERFACE 0x0200 Is an interface, not a class.
ACC_ABSTRACT 0x0400 Declared abstract; must not be instantiated.
ACC_SYNTHETIC 0x1000 Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ANNOTATION 0x2000 Declared as an annotation type.
ACC_ENUM 0x4000 Declared as an enum type.

access_flags中一共有16個標誌位可用，當前只定義了8個，別的都爲0，TestClass是public類型的，且使用JDK1.2之後的編譯器進行編譯的（使用JDK1.2之後的編譯器編譯，這個值都爲真），別的標誌都爲假。因此access_flags的值應爲：0x0001|0x0020 = 0x0021。咱們找到剛纔常量池最後一行的地方：

000000e0  65 63 74 00 21 00 03 00  04 00 00 00 01 00 02 00  |ect.!...........|複製代碼

65 63 74分別對應ect，緊接着是0x0021,與咱們的分析結果一致。

5.類索引、父類索引與接口索引集合

引用文章開頭的ClassFile的數據結構，這三項定義爲：

u2             this_class;
    u2             super_class;
    u2             interfaces_count;
    u2             interfaces[interfaces_count];複製代碼

類索引和父類索引都是u2類型的數據，而接口索引首先給出了接口的數量，而後纔是一個包含接口的數組。這三個值揭示了一個類的繼承關係。

000000e0  65 63 74 00 21 00 03 00  04 00 00 00 01 00 02 00  |ect.!...........|複製代碼

接着前面的0x0021看，類索引爲0x0003，指示常量池第3個常量，查上文可得#3 = Class #20 // com/shuqing28/TestClass,第3個常量又指向第20個常量，而第20個常量是一個CONSTANT_Utf8變量，其值爲com/shuqing28/TestClass，表示類的全限定名字符串。
接下來的是0x0004是父類索引，指向常量池中第4個常量，即#4 = Class #21 // java/lang/Object, 又指向第21個變量，即java/lang/Object，咱們知道Object是全部類的父類。
接下來的是0x0000，可見TestClass沒有實現任何接口。

6.字段表集合

字段表用於描述接口或者類中聲明的變量。字段包括類級別的變量以及實例級的變量，可是不包括方法內的局部變量。一個Java字段能夠包括如下信息：字段的做用域、是實例變量仍是類變量、是不是final、併發可見性（volatile），是否能夠被序列化（transient）、字段數據類型。下面是字段表具體結構：

field_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}複製代碼

再看access_flags能夠取如下值：

標誌名稱 標誌值 含義
ACC_PUBLIC 0x0001 Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_PRIVATE 0x0002 Declared private; usable only within the defining class.
ACC_PROTECTED 0x0004 Declared protected; may be accessed within subclasses.
ACC_STATIC 0x0008 Declared static.
ACC_FINAL 0x0010 Declared final; never directly assigned to after object construction (JLS §17.5).
ACC_VOLATILE 0x0040 Declared volatile; cannot be cached.
ACC_TRANSIENT 0x0080 Declared transient; not written or read by a persistent object manager.
ACC_SYNTHETIC 0x1000 Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ENUM 0x4000 Declared as an element of an enum.

通常來講，ACC_PUBLIC、ACC_PRIVATE、ACC_PROTECTED三個標誌最多隻能存在一個，其它標誌都按照Java語言自己的性質來。

在access_flags標誌的後面是兩項索引值name_index,descriptor_index，兩個都是指向常量池的索引，分別表明字段的簡單名稱以及字段和方法的描述符。

這裏咱們梳理下簡單名稱、描述符以及全限定名這三個詞對應的概念：
全限定名：前面提到的com/shuqing28/TestClass就是全限定名，它把java代碼中全部的"."替換成了"/"，通常使用";"結尾。
簡單名稱：不帶類型和修飾的方法或者字段名，上文中的代碼裏就是"inc"和"m"
至於方法描述符，描述的是數據類型、方法的參數列表和返回值。咱們知道在C++中重載函數時函數其實是換了名字的，包含了函數的參數,例如add(int x, int y),在編譯後多是Add_Int_Int, 可是在Java中咱們把基本數據類型都用一個大寫字符來表示，而對象類則是使用L+對象的全限定名來表示。

描述符標識字符含義：

標識字符 含義
B byte
C char
D double
F float
I int
J long
S short
Z boolean
V void
L Object, 例如 Ljava/lang/Object

對於數組，前面加[就行，如java.lang.String[][]，表達爲[[java/lang/String, int[] 就被記錄爲[I。
用描述符描述方法時，按照參數列表，返回值的順序描述，參數列表還須要放在括號內。好比前文說起的"() V" 就表示一個參數爲空，返回值爲void的方法，即代碼中的void inc()方法。

舉個複雜點的， int indexOf(char[] source, int sourceOffset, int sourceCount, char[] target, int targetOffset, int targetCount, int fromIndex),其描述符爲([CII[CIII) I。

繼續分析咱們前文中說起的程序的二進制代碼：

000000e0  65 63 74 00 21 00 03 00  04 00 00 00 01 00 02 00  |ect.!...........|
000000f0  05 00 06 00 00 00 02 00  01 00 07 00 08 00 01 00  |................|複製代碼

上一小節咱們分析到第一行的0x0000了，接下來的是0x01,這個值其實表明了字段表的個數，咱們的代碼裏只包含一個字段。接下來的是0x0002，這個字段是access_flags標誌，查詢後可知爲ACC_PRIVATE，再接下來是0x0005, 從常量表清單上能夠查到是#5 = Utf8 m, 再接着是descriptor_index， 其值爲0x0006，查一下常量池爲#6 = Utf8 I，可知這一句爲private int m;

通常來講，在decriptor_index後，還有個屬性集合用於存儲一些額外信息，而0x0000表明沒有屬性字段。
若是把m字段聲明爲private static int m = 123; 則可能多一個ConstantValue屬性，指向常量值123。

7.方法表集合

方法表集合和字段表集合很是類似，結構也是：

method_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}複製代碼

只不過在訪問標誌和屬性表集合的可選項有所不一樣。例如access_flags有如下可選值:

標誌名稱 標誌值 含義
ACC_PUBLIC 0x0001 Declared public; may be accessed from outside its package.
ACC_PRIVATE 0x0002 Declaredprivate; accessible only within the defining class.
ACC_PROTECTED 0x0004 Declaredprotected; may be accessed within subclasses.
ACC_STATIC 0x0008 Declaredstatic.
ACC_FINAL 0x0010 Declaredfinal; must not be overridden
ACC_SYNCHRONIZED 0x0020 Declaredsynchronized; invocation is wrapped by a monitor use.
ACC_BRIDGE 0x0040 A bridge method, generated by the compiler.
ACC_VARARGS 0x0080 Declared with variable number of arguments.
ACC_NATIVE 0x0100 Declarednative; implemented in a language other than Java.
ACC_ABSTRACT 0x0400 Declaredabstract; no implementation is provided.
ACC_STRICT 0x0800 Declaredstrictfp; floating-point mode is FP-strict.
ACC_SYNTHETIC 0x1000 Declared synthetic; not present in the source code.

能夠看出，方法裏增長了像ACC_SYNCHRONIZED,ACC_NATIVE,ACC_STRICT, ACC_ABSTRACT, 分別對應着synchronized、native、strictfp、abstract這些只能修飾方法的關鍵字。

如今咱們就能夠繼續分析咱們程序的二進制代碼了。

000000f0  05 00 06 00 00 00 02 00  01 00 07 00 08 00 01 00  |................|
00000100  09 00 00 00 2f 00 01 00  01 00 00 00 05 2a b7 00  |..../........*..|複製代碼

上一小節咱們剛剛分析到000000f0行的0x0000，接下來的是0x0002，表明有兩個方法，接下來的幾個字節是

  • 0x0001：訪問標記是ACC_PUBLIC
  • 0x0007：名稱索引指向第7個常量：
  • 0x0008：描述符索引指向第8個常量：()V
  • 0x0001：屬性有一個
  • 0x0009：屬性指向第9個常量，Code

咱們正好有疑問，方法定義有了，方法體在哪呢，答案就是上面分析的最後一個Code。下一節就說說屬性表集合的各類可能。

8.屬性表集合

屬性表(attribute_info)在前面已經屢次說起，Class文件、字段表、方法表中均可以攜帶本身的屬性表集合，用於描述某些場景轉有的信息。
屬性表並無嚴格限制順序，只要不與已有屬性名重複，任何人實現的編譯器均可以添加本身定義的屬性信息，如下是一些預約義的屬性：

屬性名稱 使用位置 含義
SourceFile ClassFile 記錄源文件的名稱
InnerClasses ClassFile 內部類列表
EnclosingMethod ClassFile 內部類纔有這個屬性，用於標識這個類所在的外圍方法
SourceDebugExtension ClassFile 用於存儲額外的調試信息，JDK1.6中新增
BootstrapMethods ClassFile 用於保存invokeddynamic指令引用的引導方法限定符,JDK1.7中新增
ConstantValue field_info final關鍵字定義的常量值
Code method_info Java代碼編譯成的字節碼指令
Exceptions method_info 方法拋出的異常
RuntimeVisibleParameterAnnotations, RuntimeInvisibleParameterAnnotations method_info 指明哪些參數是運行時可見的，哪些是運行時不可見的，JDK1.5中新增
AnnotationDefault method_info 記錄註解類元素的默認值,JDK1.5中新增的
MethodParameters method_info 記錄方法的參數信息，好比它們的名字，訪問級別，JDK1.8新增
Synthetic ClassFile, field_info, method_info 表示方法或字段是編譯器自動生成的
Deprecated ClassFile, field_info, method_info 被聲明爲deprecated的字段
Signature ClassFile, field_info, method_info 用於支持泛型狀況下的方法簽名，在Java語言中，若是任何類、接口、初始化方法或者成員的泛型簽名包含了類型變量或者參數化類型，則Signature屬性會爲它記錄泛型簽名信息。因爲Java的泛型採用擦除法實現，在爲了不類型信息被擦除後致使簽名混亂，須要這個屬性記錄泛型中的相關信息。JDK1.5中新增
RuntimeVisibleAnnotations, RuntimeInvisibleAnnotations ClassFile, field_info, method_info 爲動態註解提供支持，指明哪些是註解是運行時可見的，哪些是運行時不可見的，JDK1.5中新增
LineNumberTable Code Java源碼的行號與字節碼指令的對應關係
LocalVariableTable Code 方法的局部變量描述
LocalVariableTypeTable Code 使用特徵簽名代替描述符，是爲了引入泛型語法以後能描述泛型參數化類型而添加，JDK1.5中新增
StackMapTable Code 供新的類型檢查驗證器(Type Checker)檢查和處理目標方法的局部變量和操做棧所須要的類型是否匹配，JDK1.6新增
RuntimeVisibleTypeAnnotations, RuntimeInvisibleTypeAnnotations ClassFile, field_info, method_info, Code 記錄運行時類型上註解的可見性，也包括運行時類型參數的註解的可見性

下面具體說一說一些比較重要的屬性：

Code屬性

首先來看Code屬性的結構：

Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 max_stack;
    u2 max_locals;
    u4 code_length;
    u1 code[code_length];
    u2 exception_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 end_pc;
        u2 handler_pc;
        u2 catch_type;
    } exception_table[exception_table_length];
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}複製代碼
  • attribute_name_index： 佔兩個字節，指向CONSTANT_Utf8_info常量，表示屬性名，這裏固定是"Code"
  • attribute_length：屬性值的長度，因爲attribute_name_index和attribute_length佔6個字節，因此attribute_length爲屬性表長度減6
  • max_statck: 操做數棧深度的最大值，在方法執行時，操做數棧不能超過這個值
  • max_locals： 局部變量所需的存儲空間。max_locals的單位是Slot,Slot是虛擬機爲局部變量分配的最小單位，對於byte,char,float,int,short,boolean和returnAddress等長度不超過32位的數據類型，都只佔一個slot，而double和long 這種64爲的數據都是須要佔用兩個slot。方法參數（包括隱藏的this）、異常處理器的參數、方法體定義的局部變量都須要局部變量表來存放。可是max_locals並非全部局部變量所佔的slot之和，由於slot能夠重用，當一個變量超出做用域了，該slot又會給別的局部變量使用，編譯器會根據做用域計算max_locals。
  • code_length: 編譯器編譯後的字節碼長度
  • code: 用於存儲字節碼指令的一系列字節流，每一個指令是一個u1類型的單字節，當虛擬機讀到該字節時，就能夠知道是什麼指令，知道是什麼指令，就知道指令須要什麼操做數，繼續讀就能夠了，這裏相似於彙編，u1的取值範圍是0~255，能夠表達256條指令。Java虛擬機規範中定義了約200條指令，參看Instructions。關於這部份內容之後再寫博客介紹了。
  • exception_table_length：異常表的長度
  • exception_table： 異常表對於Code來講並非必須存在的，因此上述長度也能夠爲0，異常表有4個屬性，表明着若是在start_pc到end_pc之間出現catch_type類型的異常，就跳轉到handler_pc所指向的行處理。

Exceptions屬性

Exceptions屬性在方法表中與Code屬性平級，注意和上面Code中的異常表不一樣，Exceptions屬性的做用是列出方法可能拋出的異常，Exceptions屬性表的結構：

Exceptions_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 number_of_exceptions;
    u2 exception_index_table[number_of_exceptions];
}複製代碼
  • number_of_exceptions: 可能拋出的異常種類的個數
  • exception_index_table:指向常量池中CONSTANT_Class_info的索引

LineNumberTable屬性

LineNumber用來記錄Java源碼與字節碼行號之間的對應關係，咱們在編譯代碼時也可使用-g: none或-g: line來取消生成這個屬性，不過在調試代碼時就看不到行號了，也沒法打斷點。

LineNumberTable的數據結構以下：

LineNumberTable_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 line_number_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 line_number;    
    } line_number_table[line_number_table_length];
}複製代碼

咱們主要看line_number_table，start_pc是字節碼行號，line_number是Java源碼行號。

LocalVariableTable屬性

LocalVariableTable屬性用於描述棧幀中局部變量表中的變量與Java源碼中定義的變量之間的關係，咱們在編譯代碼時也可使用-g: none或-g: vars來取消生成這個屬性，可是若是取消的話，IDE會用arg0,arg1這樣的參數來取代原有的參數名，致使調試時不清晰。
LocalVariableTable的數據結構以下：

LocalVariableTable_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 local_variable_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 length;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index;
        u2 index;
    } local_variable_table[local_variable_table_length];
}複製代碼

主要介紹local_variable_table：

  • start_pc和length： 分別表明了這個局部變量的生命週期開始的字節碼偏移量以及做用範圍覆蓋的長度
  • name_index和descriptor_index：分別指向表明局部變量名稱和局部變量描述符的常量
  • index： 是該局部變量在局部變量表中的slot位置，若是變量時double 或者long類型的，佔用的slot爲index和index+1兩個。

ConstantValue屬性

ConstantValue是一個定長屬性，用來通知虛擬機爲靜態變量賦值，若是同時定義了int x=3;和static int y=3;則虛擬機爲x,y賦值的時機不一樣，對於x，是在實例構造器<init>中進行的，而static類型的變量，則會在類構造器<clinit>方法中或者使用ConstantValue屬性。
目前javac編譯器的規則是，若是同時有final和static修飾，則是使用ConstantValue屬性，只有static時，而且變量類型是基本類型或者String時，就會在<clinit>中進行初始化。

InnerClasses屬性

若是類中定義了內部類，則會使用InnerClasses屬性來記錄內部類和宿主的關係。
InnerClasses的數據結構以下：

InnerClasses_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 number_of_classes;   //記錄有多少個內部類
    {   u2 inner_class_info_index;
        u2 outer_class_info_index;
        u2 inner_name_index;
        u2 inner_class_access_flags;
    } classes[number_of_classes];
}複製代碼

仍是隻看classes字段，inner_class_info_index指向內部類的符號引用，outer_class_info_index指向宿主類的符號引用，inner_name_index指向內部類的名稱，若是是匿名內部類，則爲0，inner_class_access_flags是內部類的訪問標誌，見下表：

標誌名稱 標誌值 含義
ACC_PUBLIC 0x0001 Marked or implicitly public in source.
ACC_PRIVATE 0x0002 Marked private in source.
ACC_PROTECTED 0x0004 Marked protected in source.
ACC_STATIC 0x0008 Marked or implicitly static in source.
ACC_FINAL 0x0010 Marked final in source.
ACC_INTERFACE 0x0200 Was an interface in source.
ACC_ABSTRACT 0x0400 Marked or implicitly abstract in source.
ACC_SYNTHETIC 0x1000 Declared synthetic; not present in the source code.
ACC_ANNOTATION 0x2000 Declared as an annotation type.
ACC_ENUM 0x4000 Declared as an enum type.

還有其它的一些屬性，若是想了解，能夠看一下參考資料。

參考資料：

  1. Java Virtual Machine Specification
  2. Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐
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