建站
咨詢
售后
建站咨詢
新聞中心
我是一個 .java 文件，名叫 FlashObject.java，叫我小渣就行。
創(chuàng)新互聯(lián)建站于2013年開始，先為武山等服務(wù)建站，武山等地企業(yè)，進(jìn)行企業(yè)商務(wù)咨詢服務(wù)。為武山企業(yè)網(wǎng)站制作PC+手機(jī)+微官網(wǎng)三網(wǎng)同步一站式服務(wù)解決您的所有建站問題。
- public class FlashObject {
- private String name;
- private int age;
- public String getName() {
- return name;
- }
- public int add(int a, int b) {
- return a + b;
- }
- }
我馬上就要被 JVM 虛擬機(jī)老大加載并運(yùn)行了，此時老虛走了過來。
老虛：小渣呀，我馬上就要把你載了，你先瘦身一下，別占太大地方。
小渣：好的，沒問題，等我十秒鐘。
public class FlashObject{private String name;private int age;public int add(int a,int b){return a+b;}
小渣：老虛，我瘦身好了，你看看。
老虛：...，你是不是有病。
小渣：怎么了，我把沒用的空格和回車啥的都去掉了，瘦身了好多呢!
老虛：行吧，看你這智商，我就給你解釋解釋。你現(xiàn)在仍然是個文本文件，讓你瘦身是讓你定一個緊湊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示你這個 Java 文件里的信息，然后告訴我這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中每個字節(jié)都代表什么。
小渣：哦哦，這樣啊。
老虛：對啊，這樣一是方便我去加載，二是我這個虛擬機(jī)可不只是為你 Java 語言服務(wù)的，還有很多語言最終都可以轉(zhuǎn)換為我虛擬機(jī)識別的，你得設(shè)計(jì)一個通用的格式。
小渣：嗯嗯，這回我明白啦!
1類信息
我的類名叫 FlashObject。
先找個地方把它存起來，放開頭吧。
這里的一個小方格是 1 個字節(jié)，也就是 8 位。一個英文字母用 ASCII 碼表示為 1 個字節(jié)，所以占一個方格，之后不再解釋。
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈矣窒氲?，這個類應(yīng)該還有其父類。
雖然這個 .java 文件中沒寫，但也有其默認(rèn)父類，Object。
當(dāng)然，我們得記錄下全類名
java/lang/Object
記在哪里呢?就緊跟在類名后面吧。
誒不對，我這個類名呀，父類名呀，都是變長的，這樣緊挨著放，誰知道分界點(diǎn)在哪。
不行不行，得分別在前面加個長度，就用兩字節(jié)表示吧。
除了父類之外，還有接口名呢!雖然我們這個類沒寫，但也得定義出來。
這個接口，和類名以及父類名稍有不同，因?yàn)榭赡苡卸鄠€。
但這不是事兒，先占用兩個字節(jié)，表示接口的數(shù)量即可，之后一個一個的接口名仍然像上面那樣緊挨著排布。
嗯，完美。
2常量池
慢慢地，我發(fā)現(xiàn)需要字符串名字的地方越來越多。
除了剛剛的類名、父類名、接口名，還有屬性名、方法名、屬性的類名、方法的入?yún)㈩愋兔?、返回值類型名，等等等等?/p>
一方面，要是每個都這么展開寫下去，那文件格式會很亂，很多結(jié)構(gòu)都是變長的。
另一方面，很多字符串都是重復(fù)的，比如屬性 name 的類名 String，與方法 getName 的返回值類名 String，重復(fù)寫兩遍，就浪費(fèi)了空間。
因此，我決定，之前的方案作廢，設(shè)計(jì)一個新的結(jié)構(gòu)來統(tǒng)一存儲這些字符串，我給他起名為常量池。
每個字符串都有一個索引與之對應(yīng)，這個是可以計(jì)算出來的，不需要額外的字段。
這樣，剛剛的類、父類、接口，就都可以指向這個索引了，也因此可以將長度固定下來。
當(dāng)然，現(xiàn)在這個常量池，僅僅存放了字符串。
不難想到，還可能有整型、浮點(diǎn)型的值作為常量，甚至還有可能是個引用類型，然后這個引用類型再次指向常量池中的一個索引，有點(diǎn)像指針的指針。
那這么多類型，必然就還需要一個記錄類型信息的地方，看來我們得將之前的設(shè)計(jì)改改。
這樣，我們的常量池，就不單單可以存儲簡單的字符串常量了，而是可以根據(jù)不同類型，存儲與其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的值。
當(dāng)然，我們常量池的整體結(jié)構(gòu)還是不變的，只不過里面是類型豐富的結(jié)構(gòu)。
同樣，我們的整個設(shè)計(jì)，也沒有因?yàn)槌Ａ砍氐男「膭?，受到影響?/p>
OK，總結(jié)一下我們目前的整體方案。
開頭存常量池，之后需要的常量就全往這里放，用一個索引指向它即可。
緊接著存放類本身的相關(guān)信息，我們存放了當(dāng)前類、父類以及接口的信息。
看來老虛要求的瘦身工作，已經(jīng)初具規(guī)模啦。
3變量
現(xiàn)在類本身的信息，已經(jīng)找到合適的位置存放起來了，接下來我們存變量。
變量也可能有多個，所以結(jié)構(gòu)依然仿照我們之前的思路，開頭存數(shù)量，后面緊跟著各個存放變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
至于變量用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存，是不是定長的，那就是我們接下來要設(shè)計(jì)的了。
我們把其中一個變量拿出來，看看它有什么?
- private String name;
非常清晰，private 這部分是變量的標(biāo)記，String 是變量類型，name 是變量名字。
先看標(biāo)記部分
除了 private，還有 public、protected、static、final、volatile、transient 等，有的可以放在一起，比如
- public static final String name;
有的不能放在一起，比如
public private String name; //錯誤
我們用位圖的方式，每一個標(biāo)記用一個位來表示(比如 public 在第一個位，private 在第二個位，static 在第四個位，final 在第五個位...)，這樣不論如何排列組合，最終的值都是不一樣的。
我們把這些標(biāo)記所對應(yīng)的值，都設(shè)計(jì)并記錄下來。
|
標(biāo)記 |
值 |
|
public |
0x0001 |
|
private |
0x0002 |
|
protected |
0x0004 |
|
static |
0x0008 |
|
final |
0x0010 |
|
volatile |
0x0040 |
|
transient |
0x0080 |
復(fù)合型的標(biāo)記，就可以表現(xiàn)為將其相加，比如 public static，就是 0x0001 + 0x0008 = 0x0009。
而這樣的賦值方式，不同排列組合后的和沒有重復(fù)的，且也能根據(jù)值很方便地反推出標(biāo)記。
不錯不錯，就這樣了。
哦對了，類信息本身也有 public 呀 private 這些標(biāo)記屬性，剛剛記錄類信息的時候忘了，先加上它，免得一會忘了!
再看類型部分
當(dāng)前類型為 String，屬于一個引用數(shù)據(jù)類型中的類類型。
- private String name;
除此之外，還有八個基本數(shù)據(jù)類型，和引用類型中的數(shù)組類型。
為了占用更少的空間，我們將其用最少的符號來表示。
|
符號表示 |
類型 |
|
B |
byte |
|
C |
char |
|
D |
double |
|
F |
float |
|
I |
int |
|
J |
long |
|
S |
short |
|
Z |
boolean |
|
LClassName ; |
類 |
|
[ |
數(shù)組 |
這里的基本數(shù)據(jù)類型，和數(shù)組類型，都只占用一個 char 來表示，就只占了 1 個字節(jié)。
如果是類，則占用了 L 和 ; 兩個字節(jié)，再加上全類名所占的字節(jié)數(shù)。
比如這里的 String 類型，用符號表示，就是
- Ljava/lang/String;
但注意，這里的符號，也都可以存放在常量池中，而我們的變量結(jié)構(gòu)中的類型描述符部分，只需要一個常量池索引即可。
ok，第二部分也搞定了。
再看名字部分
名字部分沒什么好說的，相信你直接能猜到了，直接上圖。
OK，兩字節(jié)的標(biāo)記、兩字節(jié)的類型描述符、兩字節(jié)的變量名稱，這個就是我們一個變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
把它放到我們最終的總視圖里。
搞定!
4方法
方法也可能會有很多，我目前只有兩個方法，我們拿 add 方法來分析。
- public int add(int a, int b) {
- return a + b;
- }
當(dāng)然更準(zhǔn)確地說，我還有個沒寫出來的構(gòu)造方法。
總之，可能會有很多。
不過有了設(shè)計(jì)變量的經(jīng)驗(yàn)，方法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很快就有了雛形。
標(biāo)記部分，和變量標(biāo)記部分的思路一樣，值也差不多，我們也給他們賦上值就好了。
|
標(biāo)記 |
值 |
|
public |
0x0001 |
|
private |
0x0002 |
|
protected |
0x0004 |
|
static |
0x0008 |
|
final |
0x0010 |
|
volatile |
0x0040 |
|
transient |
0x0080 |
|
synchronized |
0x0020 |
|
native |
0x0100 |
|
abstract |
0x0400 |
方法描述符，說的是方法的入?yún)⑴c返回值，比如我們的：
- int add(int a, int b);
入?yún)⑴c返回值的類型符號表示，與上面變量類型的符號表示完全一樣，只不過多了一個 void 類型。
|
符號表示 |
類型 |
|
B |
byte |
|
C |
char |
|
D |
double |
|
F |
float |
|
I |
int |
|
J |
long |
|
S |
short |
|
Z |
boolean |
|
LClassName ; |
類 |
|
[ |
數(shù)組 |
|
V |
void |
由于有多個參數(shù)類型，所以要定一個整體的格式，而整個描述符的格式為：
( 參數(shù)1類型 參數(shù)2類型 ... ) 返回值類型
比如我們的
- int add(int a, int b);
就表示為
- (II)I
是不是非常精簡了?同樣，這也是個字符串，也可以存儲在常量池里，就不再贅述。
(至于參數(shù) a 和 b 這個名字，不需要保存起來，實(shí)際上在轉(zhuǎn)換的字節(jié)碼以及實(shí)際虛擬機(jī)中運(yùn)行時，只需要知道局部變量表中的位置即可，叫什么名字都無所謂)
方法名稱，我們再熟悉不過了，放常量池!
ok，前三個說完了。最后一個，就有意思了。
代碼、異常、注解等?？梢钥吹?，有相當(dāng)多的信息需要記錄。
比如我寫這樣的方法。
- @RequestMapping()
- public String function(String a) throws Exception {
- return a;
- }
那就會有代碼部分、異常、注解等需要錄入的信息。
但似乎除了代碼部分之外，其他部分都不是每個方法都有的，如果都定義出來，豈不是浪費(fèi)空間，那怎么辦呢?
我們效仿常量池的做法，把這些部分都叫“方法的屬性”，一個方法可能有多個屬性，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下。
這樣，方法具有哪些屬性，按需添加進(jìn)來就好，如果不需要這個屬性，也不用浪費(fèi)空間，完美!
回過頭看我們的這個方法。
- public int add(int a, int b) {
- return a + b;
- }
剛剛方法簽名部分已經(jīng)都解決了，只剩下代碼
- return a + b;
這個要怎樣存放呢?
之前聽老虛說過，JVM 識別的是一種叫字節(jié)碼的東西，所以我要把 Java 語言寫出的代碼，轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼。
這部分很復(fù)雜，就不展開說我的過程了，經(jīng)過一番努力后，我把這一行簡簡單單的代碼轉(zhuǎn)換為了字節(jié)碼。
- 1B 1C 60 AC
一共占四個字節(jié)。
我把這四個字節(jié)，就放在剛剛代碼類型的屬性中。
ok，大功告成。
回過頭，我們將之前的方法部分補(bǔ)充完整。
再將這個結(jié)構(gòu)，添加到我們?nèi)纸Y(jié)構(gòu)中。
完美!
5class
我把我轉(zhuǎn)換為了這樣的結(jié)構(gòu)，并帶著這個最終的設(shè)計(jì)稿，去找了老虛。
老虛：嗯!還真不賴!
小渣：那當(dāng)然，我可是研究了好久呢。
老虛：不過，我再給你改改，在開頭加些東西把。
小渣：老虛，你這加的是啥呀?
老虛：一看你就沒經(jīng)驗(yàn)。
魔數(shù)一般用來識別這個文件的格式，通過文件名后綴的方式不靠譜，一般有格式的文件都會有個魔數(shù)的。
后面兩個用來標(biāo)識一下版本號，不同版本可能數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和支持的功能不一樣，這個今后會有用的!
小渣：原來如此，還是你老虛見多識廣?？墒悄阏f用來識別這個文件的格式，我這個文件是啥呀?
老虛：你這個破玩意，就叫它 class 文件吧!
后記
根據(jù) Java 虛擬機(jī)規(guī)范，Java Virtual Machine Specification Java SE 8 Edition，一個 class 文件的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，是這樣的。
- 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];
- }
我們的設(shè)計(jì)與它幾乎相同。
只有后兩項(xiàng)，我們沒有涉及到，本身也不是重點(diǎn)。
常量池中的類型，有以下幾種。
| 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 |
如果想了解 class 文件的全部細(xì)節(jié)，最好的辦法就是閱讀官方文檔，也就是 Java 虛擬機(jī)規(guī)范的第四部分。
Chapter 4. The class File Format
這里的鏈接可以直接定位：
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.3.2
不要覺得官方文檔晦澀難懂，這個部分還是非常清晰明了的，大多數(shù)博客基本上對格式的講解都缺斤少兩，而且說得也不形象，還不如直接閱讀官方文檔呢。
還有一個好的方式，就是直接觀察 class 文件的二進(jìn)制結(jié)構(gòu)解析，這里推薦一個工具
classpy
用這個工具打開一個 class 文件，是這個樣子。
左邊解析好的樹型結(jié)構(gòu)，可以直接和右邊的 class 文件的二進(jìn)制內(nèi)容相對應(yīng)，非常好用。
最后，希望大家找時間用這個工具分析一個復(fù)雜的 class 文件，會很有幫助的。祝大家學(xué)會 class 文件。
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「低并發(fā)編程」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系低并發(fā)編程公眾號。本網(wǎng)站已獲得低并發(fā)編程的授權(quán)
新聞名稱：你管這破玩意叫class？
URL網(wǎng)址：http://www.dlmjj.cn/article/cooiphg.html
