实例分析Java class文件内容

时间：2021-07-21 20:57:12

Java Class文件内容解析及实例验证

最近在拜读《深入理解java虚拟机》，看到了其中对于Class文件内容的解析，感觉书上没有结合确实的例子来对照，总看得有点云里雾里。于是在自己边造数据，边对照书本，完成了这篇文章

Class文件结构

大概如下图1-1所示

实例分析Java class文件内容

图1-1 class文件的信息结构

举例代码如下图1-2所示：

实例分析Java class文件内容

图1-2 举例代码

接下来我们一步一步来分析与查看对应的class文件信息。

Magic信息

如图1-3 magic信息，如矩形的4个字节信息，由表1-1中，我们可以知晓magic的大小为u4，也就是4个字节。这也是class文件校验的非常重要的关键信息。内容为0xCAFEBABE，其实通俗翻译是café baby，咖啡，宝贝。而咖啡也是java的一个标志

实例分析Java class文件内容

图1-3 magic信息

版本信息(minor、Major)

如图1-4 版本信息所示，矩形就是minor_version的值ox0000，两个字节，类型为u2;圆形就是major_version的值0x0033，两个字节，也就是51。也就是jdk1.7，看1-5的jdk版本对照图

实例分析Java class文件内容

图1-4 版本信息

实例分析Java class文件内容

图1-5 jdk对照图

常量池(constant_tool、constant_tool_count)

如图1-6 constant_tool_count常量池的个数大小，0x0032,2个字节，值为50，但是常量池是从1开始使用，将0号常量空出来，是了后续如果不使用常量值的时候使用。所以这里代表有常量49个。

实例分析Java class文件内容

图1-6constant_tool_count大小

Constant_tool

常量池：主要存放一些字面量(文本、定义为final的常量等)、符号引用(类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符)；

Java在javac之后，并没有像c、c++那样连接过程(生成函数的外部地址，也就是内存模型已经生成，然后供访问？java只有在运行时，被虚拟机加载类，才能确认函数的内存地址)保存了对应的实际调用地址。而是在运行时，根据符号引用，再解析具体的调用地址，从而实现多态。如表2-0 常量池的数据结构

类型

简介

项目

类型

描述

CONSTANT_Utf8_info

utf-8缩略编码字符串

tag

u1

值为1

length

u2

utf-8缩略编码字符串占用字节数

bytes

u1

长度为length的utf-8缩略编码字符串

CONSTANT_Integer_info

整形字面量

tag

u1

值为3

bytes

u4

按照高位在前储存的int值

CONSTANT_Float_info

浮点型字面量

tag

u1

值为4

bytes

u4

按照高位在前储存的float值

CONSTANT_Long_info

长整型字面量

tag

u1

值为5

bytes

u8

按照高位在前储存的long值

CONSTANT_Double_info

双精度浮点型字面量

tag

u1

值为6

bytes

u8

按照高位在前储存的double值

CONSTANT_Class_info

类或接口的符号引用

tag

u1

值为7

index

u2

指向全限定名常量项的索引

CONSTANT_String_info

字符串类型字面量

tag

u1

值为8

index

u2

指向字符串字面量的索引

CONSTANT_Fieldref_info

字段的符号引用

tag

u1

值为9

index

u2

指向声明字段的类或接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项

index

u2

指向字段描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项

CONSTANT_Methodref_info

类中方法的符号引用

tag

u1

值为10

index

u2

指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项

index

u2

指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项

CONSTANT_InterfaceMethodref_info

接口中方法的符号引用

tag

u1

值为11

index

u2

指向声明方法的接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项

index

u2

指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项

CONSTANT_NameAndType_info

字段或方法的部分符号引用

tag

u1

值为12

index

u2

指向该字段或方法名称常量项的索引

index

u2

指向该字段或方法描述符常量项的索引

 

如图2-1 常量类型所示的值为0A，代表是Constant_Methodref的类型(如表2-2 Constant_MethodRef的数据结构)，也就是一个方法引用。

实例分析Java class文件内容

图2-1 常量类型

表 2-2Constant_Methodref数据结构

类型

名称

说明

u1

tag

10也就是上面所说的数据类型

index

u2

指向声明方法的类描述Consant_Class_info的索引项

index

u2

指向名称及类型描述符Constant_NameAndType索引项

 

如图2-2 Constant_Methodref值所示：第一个矩形0x0007表示第7个常量值的索引；第二个矩形0x0022表示第34个常量值的索引。如表2-3 常量池的内容解析，可以依次推算出常量表的内容

实例分析Java class文件内容

如图2-2Constant_Methodref值

表 2-3 常量表(16进制解析出来)

常量系数

tag(类型，16进制)

内容1(16进制)

内容2(16进制)

1.

0A

0007

0022

2.

09

0023

0024

3.

08

0025

 

4.

0A

0026

0027

5.

09

0006

0028

6.

07

0029

7.

07

002A

8.

01

0001

69

9.

01

0001

49

10.

01

0004

53495A45

11.

01

000D

436F6E7474616E7456616C7565

12.

03

00000400

13.

01

0004

42595445

14.

01

0001

42

15.

03

00000002

16.

01

0005

434F554E54

17.

01

0001

4A

18.

05

000000000000000001

20.

01

0004

4E414D45

21.

01

0012

4C6A6176612F6C616E672F537472696E673B

22.

08

002B

23.

01

0006

4E414D455F32

24.

01

0008

6756657273696F6E

25.

01

0006

3C696E69743E

26.

01

0003

282956

27.

01

0004

436F6465

28.

01

000F

4C696E654E756D6265725461626C65

29.

01

0004

6D61696E

30.

01

0016

285B4C6A6176612F6C616E672F537472696E673B2956

31.

01

0008

3C636C696E69743E

32.

01

000A

536F7572636546696C65

33.

01

0009

4D61696E2E6A617661

34.

0C

0019

001A

35.

07

002C

36.

0C

002D

002E

37.

01

000C

48656C6C6F20576F726C6421

38.

07

002F

39.

0C

0030

0031

40.

0C

0018

0009

41.

01

0004

4D61696E

42.

01

0010

6A6176612F6C616E672F4F626A656374

43.

01

0004

54455354

44.

01

0010

6A6176612F6C616E672F53797374656D

45.

01

0003

6F7574

46.

01

0015

4C6A6176612F696F2F5072696E7453747265616D3B

47.

01

0013

6A6176612F696F2F5072696E7453747265616D

48.

01

0007

7072696E746C6E

49.

01

0015

284C6A6176612F6C616E672F537472696E673B2956

 

访问标志

如图2-3 例子中的访问标志值，0x0021，两个字节，刚好是ACC_PUBLIC|ACC_SUPER的值。也就是刚好是public和可作

表2-4 访问标志

标志名称

标志值

描述

ACC_PUBLIC

0x0001

是否为public类型

ACC_FINAL

0x0010

是否被声明为final，只有类可设置

ACC_SUPER

0x0020

是否允许使用invokespecial字节码指令，JDK1.2以后编译出来的类这个标志为真

ACC_INTERFACE

0x0200

标识这是一个接口

ACC_ABSTRACT

0x0400

是否为abstract类型，对于接口和抽象类，此标志为真，其它类为假

ACC_SYNTHETIC

0x1000

标识别这个类并非由用户代码产生

ACC_ANNOTATION

0x2000

标识这是一个注解

ACC_ENUM

0x4000

标识这是一个枚举

 

ACC_SUPER就是保证能调用到正确的父类方法；举例：

A {…void a()}

B extends A {}

c extends B extends B {

void c() {

    super.a();

}

}

如果是没有ACC_SUPER的话，则会直接根据method_ref里面的父类直接调用到A的。如果这时候修改了B，如下

B extends A {void a();}

如果不重新编译C的话，会导致C还是调用了A的a方法。明显这不是我们所要的结果。所以只有通过invokespecial方式，找到最近一个的父类方法调用

实例分析Java class文件内容

图2-3 类的访问标志

类索引、父类索引与接口索引

如图2-4 索引所示的值分别为：类索引(this的指向，0x0006，u2)、父类索引(super，0x0007，u2)、接口索引集合(个数，0x0000，u2表示没有实现任何接口，所以内容到此结束)

实例分析Java class文件内容

图2-4 索引

字段集合

如图2-5 字段内图所示：0x0007（u2，表示属性个数），根据表2-5 字段内容定义、表2-6字段访问类型定义。我们来看第一个属性的描述

access_flags: 0x0002 私有

name_index: 0x0008 第八个常量，由表2-3可以找到值为69(16进制)，对应的就是i

description_index: 0x0009 第8个常量，由表2-3，值为49(16进制)，对应就是I，也就是类型为int。对照表2-7

attributes_count: 0x0000表示没有。于是则没有对应attrbutes

表2-5 字段内容定义

类型

字段名称

数量

u2

access_flags(访问标志)

1

u2

name_index(名称索引，从常量表查找)

1

u2

descriptor_index(描述类型索引，常量表查找)

1

u2

attributes_count(额外描述数量，比如可能是static final这种类型，会被加上Constant Value描述)

1

attribute_info

attributes(属性描述的值)

attributes_coun

 

表2-6 字段访问标识定义

名称

值

描述

ACC_PUBLIC

0x0001

字段是否为public

ACC_PRIVATE

0x0002

字段是否为private

ACC_PROTECTED

0x0004

字段是否为protected

ACC_STATIC

0x0008

字段是否为static

ACC_FINAL

0x0010

字段是否为final

ACC_VOLATILE

0x0040

字段是否为volatile

ACC_TRANSIENT

0x0080

字段是否为transient

ACC_SYNTHETIC

0x1000

字段是否为编译器自动产生

ACC_ENUM

0x4000

字段是否为enum

表2-7 描述符标志字符含义

标识字符

含义

标识字符

含义

B

byte

J

long

C

char

S

short

D

double

Z

Boolean

F

float

V

void

I

int

L

对象类型;如

Ljava/lang/Object

 

实例分析Java class文件内容

图2-5 字段个数与第一个字段内容(privateint i)

第二个字段，如图2-6 第二个字段内容

access_flags: 0x001A(0x0002|0x0008|0x0010)对照表2-6，知道是privatestatic final

name_index: 0x000A，对应SIZE变量

description_index: 0x0009，对应I，也就是int

attributes_count: 0x0001，有一个额外属性描述

attributes:

   0x000B:根据表2-3 可以查出为ConstantValue（祥看ConstantValue）

  0x00000002: 是固定值，表示长度，4个字节

   0x000C：对应的值索引(根据表2-3)，查看可以得知是1024

实例分析Java class文件内容

图2-6 第二个字段内容(privatestatic final int SIZE = 1024)

方法集合

有点类似于字段集合的展示方式；首先是函数个数，然后每个函数的定义。如表2-8 方法访问标志，表2-9 方法表结构

表2-8 方法访问标志

名称

值

描述

ACC_PUBLIC

0x0001

public

ACC_PRIVATE

0x0002

private

ACC_PROTECTED

0x0004

protected

ACC_STATIC

0x0008

static

ACC_FINAL

0x0010

final

ACC_SYNCHRONIZED

0x0020

同步方法

ACC_BRIDGE

0x0040

编译器产生的桥接方法

ACC_VARARGS

0x0080

方法是否接受不定参数

ACC_NATIVE

0x1000

native方法

ACC_ABSTRACT

0x0400

抽象方法

ACC_STRICTFP

0x0800

strictfp方法(浮点数将按IEEE-754规范精度计算)

ACC_SYNTHETIC

0x1000

编译器自动产生

 

表2-9 方法表结构

类型

字段名称

数量

u2

access_flags(访问标志)

1

u2

name_index(名称索引，从常量表查找)

1

u2

descriptor_index(描述类型索引，常量表查找)

1

u2

attributes_count(额外描述数量，比如可能是static final这种类型，会被加上Constant Value描述)

1

attribute_info

attributes(属性描述的值)

attributes_coun

 

如图2-7 方法个数(0x0003，表示3个方法)

实例分析Java class文件内容

图2-7 方法个数

如图2-8 第一个方法(void <init>) 所示：

access_flags: 0x0001，表示public

name_index: 0x0019，找到表中对应的变量为<init>

description_index: 0x001A，找到表中对应的变量为()V

attributes_count: 0x0001，为1个

attribute_info： 0x001B，找到表中对应为Code(祥看Code)，如图2-9 Code内容

attribute_name_index:0x001B

attribute_length:0x0000001D

max_stack:0x0001

max_locals:0x0001

code_lenngth:0x00000005，表示有5条指令

code: 2A、B7、00、01、B1可去对应查看“虚拟机字节码指令表”对照

exception_table_length:0x0000，表示没有异常信息

exception_table:空

attributes_count:0x0001，表示一个属性

attributes

   attribute_name_index: 0x001C（对应找到第28变量LineNumberTable，详见LineNumberTable）

   attribute_length: 0x00000006，表长度为6

   line_number_table_length: 0x0001，1个

   line_number_table

        start_pc: 0x0000 0行

        line_number: 0x0001 第1行

实例分析Java class文件内容

图2-8第一个方法(void<init>)

实例分析Java class文件内容

图2-9 第一个方法Code内容

如图3-0 main内容所示：

access_flags: 0x0009(0x0001|0x0008)，publicstatic

name_index: 0x0001D，main

description_index: 0x001E，([Ljava/lang/String;)V

attribute_count: 0x0001 1个

attribute_info:

  attribute_name_index: 0x001B Code

   attribute_length:0x00000025

  max_stacks: 0x0002，2

max_locals: 0x0001，1

code_length: 0x00000009,9个指令码

code: B2、00、02、12、03、B6、00、04、B1

exception_table_length: 0x0000，表示没有异常

exception_info: 空

attributes_count: 0x0001，1个

attributes:

   attribute_name_index: 001C LineNumberTable

   attribute_length:0x0000000A，10

   line_number_table_length:0x0002，2个

   line_number_tables:

      

start_pc

line_number

0x0000

0x000C

0x0008

0x000D

 

 实例分析Java class文件内容

图3-0 main内容

类源文件描述

但是很多资料都没有讲出来。如图3-1 类文件描述所示：

sourcefile_length: 0x0001 1个

sourcefile_info(详见SourceFile):

attribute_name_index:0x0020（32个常量，SourceFile）

attribute_length:0x00000002,2个字节

sourcefile_index:0x0021(33个常量，Main.java)

实例分析Java class文件内容

图3-1 类文件描述

属性描述

Code

如表3-1 Code属性表的结构

表3-1 Code属性表的结构

类型

名称

数量

u2

attribute_name_index

1（固定指向Code）

u4

attribute_length

1

u2

max_stack

1

u2

max_locals

1

u4

code_length

1

u1

code

code_length

u2

exception_table_length

1

exception_info

exception_table

exception_table_length

u2

attributes_count

1

attribute_info

attributes

attributes_count

 

max_stack: 操作数栈深度的最大值

max_locals: 局部变量，以slot(4个字节一个)，但不是所有局部变量就开一个slot，可能多个变量共用一个。

code_length与code来存储字节码

LineNumberTable

用于描述java源码行与字节码行号。可指定-g:none和-g:lines来取消或者生成。如果没有生成，会导致无法调试，异常的时候不会抛出行数

表3-2LineNumberTable描述

类型

名称

数量

u2

attribute_name_index

1（固定指向Code）

u4

attribute_length

1

u2

line_number_table_length

1

line_number_info

line_number_table

line_number_table_length

 

表3-3 line_number_info

类型

名称

数量

u2

start_pc(字节码行号)

1

u2

line_number(代码行号)

1

 

ConstantValue

表3-4ConstantValue结构定义

类型

名称

数量

u2

attribute_name_index

1（固定指向Constant_value）

u4

attribute_length

1

u2

constant_value_index

1

 

实例分析Java class文件内容SourceFile

表3-5SourceFile结构定义

类型

名称

数量

u2

attribute_name_index

1（固定指向SourceFile）

u4

attribute_length

1

u2

sourcefile_index

1

 

标签：

相关文章