如何理解JavaClass文件常量池

Class文件的存在使得不同語言編寫的程序都可以運行在Java虛擬機上，只需要這些語言經(jīng)過編譯器編譯后的Class文件符合Java虛擬機定義的規(guī)范，Java虛擬機就可以加載執(zhí)行這些Class文件。如下圖所示：

 

Class文件是一組以8位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進制流，各個數(shù)據(jù)項目嚴格按照順序緊湊地排列在Class文件中，當(dāng)遇到需要占用8個字節(jié)以上空間的數(shù)據(jù)是，則按照大端序的方式分割成若干個8位字節(jié)進行存儲。

Class文件中只存在兩種數(shù)據(jù)類型：

• 無符號數(shù)
• 表

無符號數(shù)屬于基本數(shù)據(jù)類型，以u1、u2、u4、u8分別表示1個、2個、4個和8個字節(jié)的無符號數(shù)，無符號數(shù)可以用來描述數(shù)字、索引引用、數(shù)量值或者按照UTF-8編碼構(gòu)成的字符串值。

表是由無符號數(shù)和其他表組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有的表都以_info結(jié)尾。

當(dāng)在描述一個可變長度的類型數(shù)據(jù)時，通常會采用一個容量計數(shù)器和若干個數(shù)據(jù)項的格式。

 

public class ClassTest {
    private int m;
    private int inc() {        return m + 1;    }}

下面我們會通過上面這段代碼來分析Class文件的內(nèi)容。

 

上面這張圖是經(jīng)過編譯后的Class文件中的內(nèi)容

魔數(shù)(magic)與版本號

Class文件開頭固定的4個字節(jié)為魔數(shù)，唯一作用就是用來確定這個文件是否是一個能被虛擬機接收的class文件。Java的魔數(shù)固定為0xCAFEBABE，接下去的兩個字節(jié)代表次要版本號，再下去的兩個字節(jié)是主版本號，主版本號為0x0034(十進制是52，也就是JDK1.8)，高版本的JDK能夠運行以前版本的Class文件，但是不能運行以后版本的Class文件，通俗一點將就是向下兼容。

常量池

走過了魔數(shù)和版本，接下去是Class文件中最關(guān)鍵的部分常量池，常量池由一個計數(shù)池和具體的常量項來組成，在我們代碼中常量池數(shù)量為0x0013(十進制是19)，關(guān)于常量池的計數(shù)池有一個比較特殊的地方就是他是從1開始計數(shù)的，也就是說如果我們計數(shù)池的值是19，實際上是只有18個常量項。

常量池中主要存放兩大類常量：

• 字面量
• 符號引用

字面量主要指的是文本字符串、聲明為final的常量值等

符號引用主要包含三類常量：

• 類和接口的全限定名
• 字段的名稱和描述符
• 方法的名稱和描述符

Java代碼在編譯的時候不存在連接時，也就是Class文件中不會保存各個方法、字段的最終內(nèi)存布局信息，這些字段、方法的符號引用如果在運行期不進行轉(zhuǎn)換則得不到真正的內(nèi)存入口地址，所以在虛擬機運行時，需要從常量池獲得對應(yīng)的符號引用，在類創(chuàng)建和運行時解析翻譯到具體的內(nèi)存地址中。

目前常量池中主要有以下表項：

這些表都會有一個固定的字段也就是開始的第一個字節(jié)都是一個標志位代表相應(yīng)的類型，如上圖。

大家可以通過javap -verbose xxx.class列出文件字節(jié)碼的內(nèi)容

通過比較javap -verbose常量池的項的索引和我們class文件二進制的表示可以發(fā)現(xiàn)是一一對應(yīng)的。