技术笔记

JVM - Class文件格式入门

文章目录
  1. 1. 常见的JVM实现
  2. 2. JDK, JRE, JVM
  3. 3. 查看ByteCode的方法
  4. 4. Class 文件构成
  5. 5. Class 文件格式
  6. 6. access_flags
  7. 7. Field Descriptors
  8. 8. Method Descriptors
  9. 9. Constant Pool
  10. 10. CONSTANT_Utf8_info
  11. 11. CONSTANT_Integer_info, CONSTANT_Float_info Structures 数据结构
  12. 12. CONSTANT_Long_info and CONSTANT_Double_info 数据结构
    1. 12.1. CONSTANT_Class_info 数据结构
  13. 13. CONSTANT_String_info 数据结构
  14. 14. CONSTANT_Fieldref_info, CONSTANT_Methodref_info, CONSTANT_InterfaceMethodref_info 内存节构
  15. 15. CONSTANT_NameAndType_info

-字节码指令集（汇编语言）
-内存管理：堆、栈、方法区等

常见的JVM实现

  • Hotspot - Oracl 官方
  • Jrockit - BEA，曾经号称世界上最快的JVM,被Oracle收购后，合并于hotspot
  • J9 - IBM
  • Microsoft VM
  • TaobaoVM - Hotspot 深度定制版
  • LiquidVM - 直接针对硬件
  • azul zing - 商业版，最新垃圾回收的业界标杆，参考zing的垃圾回收产生了ZGC

JDK, JRE, JVM

常用垃圾回收器

查看ByteCode的方法

  • javap
  • JBE 可以直接修改
  • JClassLib IDEA插件之一

Class 文件构成

  • 魔数 “cafebaby”
  • Class 文件版本
  • 常量池
  • 访问标志
  • 类索引，父类索引，接口索引集合
  • 字段表集合
  • 方法表集合
  • 属性表集合

Class 文件格式

类型 名称 数量
U4 magic 1
U2 minor_version 1
U2 major_version 1
U2 constant_pool_count 1
cp_info constant_pool constant_pool_count - 1
U2 access_flags 1
U2 this_class 1
U2 super_class 1
U2 interfaces_count 1
U2 interfaces interfaces_count
U2 fields_count 1
field_info fields fields_count
U2 methods_count 1
method_info methods methods_count
U2 attributes_count 1
attribute_info attributes attributes_count

u1 一个字节，u2 两个字节。。。
一个16进制数就是4位，2个16进制数就是8位，也就是一个字节
char 1 个字节
int & float 4个字节
double & long 8个字节
magic = 0xCAFEBABE.
minor_version, major_version 定义版本号
constant_pool_count = constant_pool.size +1

access_flags

参考 jvms13 Table 4.1-B. Class access and property modifiers

Flag Name Value Interpretation
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.
ACC_MODULE 0x8000 Is a module, not a class or interface.

*实际值采用的位运算

Field Descriptors

参考 jvms13 Table 4.3-A. Interpretation of field descriptors

FieldType term Type Interpretation
B byte signed byte
C char Unicode character code point in the Basic Multilingual Plane, encoded with UTF-16
D double double-precision floating-point value
F float single-precision floating-point value
I int integer
J long long integer
L ClassName; reference an instance of class ClassName
S short signed short
Z boolean true or false
[ reference one array dimension

Method Descriptors

( {ParameterDescriptor} ) ReturnDescriptor

Object m(int i, double d, Thread t) {…}
int->I, double->D, Thread->Ljava/lang/Thread，返回值Ojbect->Ljava/lang/Object;

所以该方法的描述符为：
(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;

如果返回值为空，则ReturnDescriptor为VoidDescriptor->V
The character V indicates that the method returns no value (its result is void).

Constant Pool

常量池中的每一个entry必须是由一个字节的tag开始来表示该常量的种类。
参考 jvms13 Table 4.4-A. Constant pool tags (by section)

Constant Kind Tag Section
CONSTANT_Utf8 1 §4.4.7
CONSTANT_Integer 3 §4.4.4
CONSTANT_Float 4 §4.4.4
CONSTANT_Long 5 §4.4.5
CONSTANT_Double 6 §4.4.5
CONSTANT_Class 7 §4.4.1
CONSTANT_String 8 §4.4.3
CONSTANT_Fieldref 9 §4.4.2
CONSTANT_Methodref 10 §4.4.2
CONSTANT_InterfaceMethodref 11 §4.4.2
CONSTANT_NameAndType 12 §4.4.6
CONSTANT_MethodHandle 15 §4.4.8
CONSTANT_MethodType 16 §4.4.9
CONSTANT_Dynamic (JDK11) 17 §4.4.10
CONSTANT_InvokeDynamic 18 §4.4.10
CONSTANT_Module (JDK9) 19 §4.4.11
CONSTANT_Package (JDK9) 20 §4.4.12

表中的section表是该tag详细文档对应的章节。

CONSTANT_Utf8_info

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CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;             //占一个字节, CONSTANT_Utf8 对就上面的值为1
    u2 length;          //UTF-8字符串占用的字节数   
    u1 bytes[length];   //长度为length的字符串
}

CONSTANT_Integer_info, CONSTANT_Float_info Structures 数据结构

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CONSTANT_Integer_info {
   u1 tag;
   u4 bytes;    
}

CONSTANT_Float_info {
   u1 tag;
   u4 bytes; 
}

CONSTANT_Long_info and CONSTANT_Double_info 数据结构

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10
CONSTANT_Long_info {
   u1 tag;
   u4 high_bytes;
   u4 low_bytes;
}
CONSTANT_Double_info {
   u1 tag;
   u4 high_bytes;
   u4 low_bytes;
}
CONSTANT_Class_info 数据结构
1
2
3
4
CONSTANT_Class_info {
   u1 tag;              //CONSTANT_Class 对应上面表中的7， 占一个字节；
   u2 name_index;       //指向常量池的索引位置，该位置存放类的名称, 占用2个字节
}

CONSTANT_String_info 数据结构

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CONSTANT_String_info {
   u1 tag;
   u2 string_index;     //占2字节，指向字符串的索引;
}

CONSTANT_Fieldref_info, CONSTANT_Methodref_info, CONSTANT_InterfaceMethodref_info 内存节构

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CONSTANT_Fieldref_info {
   u1 tag;                  //CONSTANT_Fieldref 对应上面表中的9， 占一个字节；
   u2 class_index;          //占2字节，指向声明字段的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
   u2 name_and_type_index; //占2字节，指向字段描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
}
CONSTANT_Methodref_info {
   u1 tag;                  //CONSTANT_Methodref 对应上面表中的10， 占一个字节；
   u2 class_index;          //占2字节，指向声明方法的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
   u2 name_and_type_index; //占2字节，指向字段描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
}
CONSTANT_InterfaceMethodref_info {
   u1 tag;                  //CONSTANT_InterfaceMethodref 对应上面表中的11， 占一个字节；
   u2 class_index;          //占2字节，指向声明方法的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
   u2 name_and_type_index; //占2字节，指向字段描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
}

CONSTANT_NameAndType_info

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5
CONSTANT_NameAndType_info {
   u1 tag;              //1字节，NameAndType 对就表中的值12
   u2 name_index;       //2字节，指向该字段或方法名称常量项的索引
   u2 descriptor_index; //2字节，指向该字段或方法描述符常量项的索引
}