jvm原理(27)Java字节码方法表与属性表深度剖析
上一节说到成员变量,这一节说一下方法表
图一:
上一节说到成员变量,这一节说一下方法表
图一:
先看一下java字节码的结构:
图1:
编写java文件:
1 | <!-- more --> |
我要要看一下java文件对应的class文件的结构,定位到工程的out\production\classes下边执行:
1 | javap -c com.twodragonlake.jvm.bytecode.MyTest1 |
得到字节码文件结构:
1 | Compiled from "MyTest1.java" |
也可以使用 javap -verbose com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1
打印更多信息:
1 | Classfile /E:/Study/intelIde/jvm_lecture/out/production/classes/com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1.class |
ok,我们也可以使用二进制文件查看器查看class文件的16进制信息(winhex下载):
16文件查看器里边第一行的CA 就是一个字节的容量(8位bit)。
1、javap -verbos
使用javap -verbos 命令分析一个字节码文件时,将会分析该字节码文件的魔数、版本号、常量池、类信息、类的构造方法信息、类变量与成员变量等信息。
2、魔数:
所有的.class字节码文件的前4个字节都是魔数,魔数值为固定值:0xCAFEBABE (詹姆斯.高斯林设计的,蕴意:咖啡宝贝,java的图标是咖啡,哈哈哈,因缺思厅~~~很有意思的一件事情)。
3、版本号
魔数之后的4个字节为版本信息,前2个字节表示minor versio(次版本号),后两个字节表示major version(主版本号)。
接下来分析剩下的16进制信息的含义。
00 00 00 34 :版本信息,00 00 (前2个字节)代表是次版本号(minor version),00 34 (后2个字节)代表的是主版本号major version,34是16进制,转换为10进制:3*16+4=52,52是jdk8,51是jdk7,50是jdk6,以此类推,可以通过java -version命令来验证这一点。
1 | $ java -version |
java version “1.8.0_111” 中1.8是主版本号,0是次版本号,111是更新版本号。
这个和javap反编译出来的major version是52是对应的。1.7的jdk不能运行1.8编译出来的class文件。低版本不可以兼容高版本的class文件。
4、常量池(constant pool):
紧接着版本号之后的就是常量池入口,一个java类中定义的很多信息就是由常量池来维护和描述的,可以将常量池看作是Class文件的资源仓库,比如说java类中定义的方法与变量信息,都是存储在常量池中。常量池中主要存储两类常量:字面量与符号引用。字面量比如文本字符串,java中声明为final的常量等,而符号引用如类和接口的全局限定名,字段的名称和描述符,方法的名称和描述符等。
5、常量池的总体结构:
java类所对应的常量池主要由常量池数量与常量池数组这2部分共同构成。常量池数量紧跟在主版本号后面,占据2个字节;常量池数组则紧跟在常量池数量之后。常量池数组与一般的数组不同的是,常量池数组中不同的元素的类型、结构都是不同的;但是每一种元素的第一个数据都是一个u1类型,该字节是个标志位,占据1个字节。jvm在解析常量池时,会根据这个ul类型来获取元素的具体类型。
ok那么主版本号之后的2个字节是常量池数量,即 00 34 后边的 00 18 是常量池数量18对应的十进制是1*16+8=24,所以常量池的数量书24个。
但是我们用javap反编译出来的Constant pool是23个,那是因为常量池中元素的个数=常量池数 - 1 (其中0暂时不使用),目的是满足某些常量池索引值的数据在特定情况下需要表达【不引用任何一个常量池】的含义;根本原因在于,索引为0也是一个常量(保留常量),只不过他不位于常量表中,这个常量就对应null值;所以,常量池的索引从1而非0开始。
那么我看到的16进制文件中 00 18 后边的就是实际的一个个的元素体,每个常量元素的大小都是不一样的,那么每个元素的结构是怎样的呢?
00 18 后边是第一个常量,第一个字节是标志位:0A(十进制10),十进制10在java字节码表格中对应的是CONSTANT_Methodref_info常量,那么后边的2个字节00 04 (十进制4)就是U2(第一个index),即指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项,而第二个索引(第二个index)00 14(十进制20) 指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项,到此0A 00 04 00 14表示了第一个常量。那么我们借助反编译工具看一下4和20的索引位置时什么:
1 | #1 = Methodref #4.#20 // java/lang/Object."<init>":()V |
4是【 #4 = Class #23 // java/lang/Object】即指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项;
4引用的是23,23对应的是 java/lang/Object,
20是【#20 = NameAndType #7:#8 // “<init>
“:()V】 指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项;
20指向的是索引7和8,7是 <init>
,8是()V
这个和表格里边是一致的。
tip:
6、数据类型
在JVM规范中,每个变量/字段都有描述信息,描述信息主要的作用是描述字段的数据类型,方法的参数列表(包括数量、类型与顺序)与返回值。根据描述符规则,基本数据类型和代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示,对象类型则使用字符L加对象的全限名称来表示。为了压缩字节码文件的体积,对于基本数据类型,JVM基本数据类型,JVM都只是使用一个大写字母来表示,如下所示:B - byte, C - char,D - double,F - float,
I - int ,J - long S - short,Z - boolean, V - void ,L - 对象类型,如:Ljava/lang.String;
7、数组
对于数组类型来说,每个维度使用一个前置的[来表示,如int[]被记录为[I, String[][]被记录为[[Ljava/lang/String;
8、描述符
用描述符描述方法时,按照先参数列表,后返回值的顺序来描述,参数列表按照参数的严格顺序放在一组()之内,如方法:String getRealNameByIdAndNickName(int id,String name)的描述符为:(I,Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
接下来是第二个常量:09 00 03 00 15 ,09是标志位对用的是CONSTANT_Fieldref_info,第一个索引指向的是声明字段的类或接口描述符,CONSTANT_Class_info的索引项。
第二个索引:指向字段描述符CONSTANT_NameAndType_info 的索引项。
00 03十进制是索引3 ,3对应的是【#22 // com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1】,而22对应的是
【#22 = Utf8 com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1】
00 15十进制是21,21对应的是【 #21 = NameAndType #5:#6 // a:I】,索引5对应的是【 #5 = Utf8 a】
所用6对应的【#6 = Utf8 I】所以第二个常量表示为:【 #3.#21 // com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1.a:I】
接下来是第三个常量:07 00 16:
00 16 十进制是22 ,07是常量CONSTANT_CLass_info,只有一个index,指向的是指定权限定名常量项的索引, 00 16 是十进制22,22是【 #22 = Utf8 com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1】
接下来是第四个常量:07 00 17 ,07是常量CONSTANT_CLass_info,只有一个index,指向的是指定权限定名常量项的索引,00 17 十进制是23,
23指向的是【#23 = Utf8 java/lang/Object】
接下来是第五个常量:01 00 01 … (后边的字节大小受00 01的约束) ,01 是常量CONSTANT_UTF8_Info,U2是length表示UTF-8编码的字符串的长度(占2个字节),
然后能是U1,表示bytes,长度是length的UTF-8编码的字符串长度。
所以00 01 是占用2个字节的表示bytes的长度, 00 01 的十进制是1,即后边的一个字节是bytes,后边的一个字节是61,61在asc码表里边是a的索引,即
01 00 01 61 表示字母a。就是反编译出来的第五个常量:【#5 = Utf8 a】。
第六个常量:01 00 01 ,01 是常量CONSTANT_UTF8_Info长度:00 01(十进制1),后边是1个字节是:49,49对应的十进制4*16+9=75,75对应的是字母I,
所以第六个常量:【#6 = Utf8 I】
第七个常量:01 00 06 ,还是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 06 是6,往后6个字节:
对应的是<init>
,即, 【#7 = Utf8 <init>
】
第八个常量01 00 03 还是是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 03 是长度3,往后三个字节是:28 29 56 ,对应的是:() V,即常量:
【#8 = Utf8 ()V】
第九个常量:01 00 04 是是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 04是4个字节,往后4个字节是:43 6F 64 65 表示:Code,即常量:
【#9 = Utf8 Code】
第十个常量:01 00 0F:是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度是00 0F(十进制15),往后15个字节:4C 69 6E 65 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65
表示LineNumberTable,即常量:【#10 = Utf8 LineNumberTable】,
第十一个常量:01 00 12 是常量CONSTANT_UTF8_Info ,长度00 12 (十进制18),往后18个字节是:4C6F63616C5661726961626C655461626C65
对应:LocalVariableTable,即常量:【#11 = Utf8 LocalVariableTable】
第十二个常量:01 00 04 是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 04 (十进制4),往后4个字节:74686973 表示字符串“this”,即常量:【#12 = Utf8 this】
第十三个常量:01 00 28 是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 28(十进制40),往后40个字节:4C636F6D2F74776F647261676F6E6C616B652F6A766D2F62797465636F64652F4D7954657374313B 表示字符串Lcom/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1;
即常量:#13 = Utf8 Lcom/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1;
第十四个变量:01 00 04 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 04 (十进制4),往后4个字节:67657441 表示字符串”getA”。即,常量 【#14 = Utf8 getA】
第十五个变量:01 00 03 是常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 03 (十进制3)往后三个字节:28 29 49 表示字符串”()I”,即,常量:【#15 = Utf8 ()I】
14号和15号常量表示了一个方法,表示一个方法:方法的名字和方法的描述法,14号常量时方法的名字,15号常量时方法的描述符(没有参数,但是有一个int的返回值)。
第十六个常量: 01 00 04 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 04 (十进制4),往后4个字节:73 65 74 41 表示字符串:”setA”,即常量:【#16 = Utf8
setA】
第十七个常量:01 00 04 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 04 (十进制4),往后4个字节:28 49 29 56 表示字符串”(I)V”,即常量:【#17 = Utf8 (I)V】
16和17号常量表示了一个方法:方法名字setA,方法有一个int类型的入参,但是没有返回值。
第十八个常量:01 00 0A 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 0A (十进制10),往后10个字节:536F7572636546696C65 表示字符串:”SourceFile”,即,常量:【#18 = Utf8 SourceFile】
第十九个常量:01 00 0C 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 0C(十进制12),往后12个字节:4D7954657374312E6A617661 表示字符串:”MyTest1.java”,即常量【#19 = Utf8 MyTest1.java】
18号和19号常量表示当前的class文件是由那个源文件编译出来的。
第20个常量:0c 00 07 常量 CONSTANT_NameAndType_info,此常量拥有2个index,第一个index占2个字节:指向该字段或方法名称常量项的索引;第二个index占2个字节:指向该字段或方法描述符常量项的索引,00 07(十进制7,指向7号常量:【#7 = Utf8 <init>
】 ,第二个index:00 08 (十进制8),指向的是8号常量:【#8 = Utf8 ()V】,因此,20号常量:【#20 = NameAndType #7:#8 // <init>
:()V】
20号常量表示的是无参的构造方法。
第21号常量:0C 00 05 00 06 常量 CONSTANT_NameAndType_info,第一个index:00 05(十进制5)指向5号常量:【#5 = Utf8 a】,第二个索引00 06(十进制6)指向的的是6号常量:【#6 = Utf8 I】,因此。21号常量:【#21 = NameAndType #5:#6 // a:I】
第22个常量:01 00 26 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 26 (十进制38),往后38个字节:636F6D2F74776F647261676F6E6C616B652F6A766D2F62797465636F64652F4D795465737431 表示字符串:”com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1”,即,常量:【#22 = Utf8 com/twodragonlake/jvm/bytecode/MyTest1】
第23个常量:01 00 10 常量CONSTANT_UTF8_Info,长度00 10 (十进制10),往后16个字节:6A6176612F6C616E672F4F626A656374 表示字符串:”java/lang/Object”,即常量:【#23 = Utf8 java/lang/Object】表示的是MyTest1的父类全量限定名。
首先写一段加载jdbc驱动的代码:
1 | <!-- more --> |
这段程序是加载jdbc驱动的惯用写法,第一行代码【 Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”);】是将mysql的驱动【com.mysql.jdbc.Driver】注册到jdk的DriverManager上边去,我们跟进一下代码:
1 | public static Class<?> forName(String className) |
这会引起【com.mysql.jdbc.Driver】的主动调用,因此会初始化com.mysql.jdbc.Driver:
1 | public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver { |
这个时候会引起java.sql.DriverManager的主动调动,导致java.sql.DriverManager初始化(赋予静态变量正确的初始值),因此这个时候java.sql.DriverManager的静态代码块会被执行,我们到java.sql.DriverManager里边看一下:
1 | public class DriverManager { |
loadInitialDrivers方法:
1 | private static void loadInitialDrivers() { |
到了这里做了一件事就是讲jdbc驱动进行了加载(并没有初始化),接下来看一下DriverManager 的registerDriver:
1 | public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver, |
即,将driver封装成DriverInfo放到registeredDrivers里边,registeredDrivers是一个写时复制的集合:
1 | private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>(); |
到此为止我们的com.mysql.jdbc.Driver放到了一个集合里边了。
我们再来看我们的程序:
1 | Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); |
第一行是加载com.mysql.jdbc.Driver,然而第二行却没有和com.mysql.jdbc.Driver有丝毫的关系,从表面上看,如果是初学者可能会感到很迷惑,我们就进入getConnection方法:
1 | public static Connection getConnection(String url, |
前边是一些判空逻辑,之后调了重载的getConnection,注意第三个参数【Reflection.getCallerClass()】,得到调用者的类,,在我们的程序里边是【com.twodragonlake.jvm.classloader.MyTest27】:
1 | private static Connection getConnection( String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException { |
isDriverAllowed方法:
1 | private static boolean isDriverAllowed(Driver driver, ClassLoader classLoader) { |
我们紧接着上一个例子的代码进行:
线程类上下文加载器的一般使用模式(获取-使用-还原)
看一个程序来一下感性的认识:
上一节我们通过【ClassLoader.getSystemClassLoader()】得到系统类加载器,那么本节看一下这个方法的doc以及一些细节,方便我们更好的理解:
类加载双亲委托模型的好处:
1、可以确保Java核心库的类型安全:所有的Java应用都至少会引用Java.lang.Object类,也就是说在运行期,java.lang.Object这个类会被加载到Java虚拟机中,如果这个加载过程是由Java应用自己的类加载器所完成的,