Class文件结构——常量池

发表于 更新于 分类于

  文章参考虚拟机规范Chapter 4. The class File Format，这篇文章只说常量池相关部分。常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和 符号引用（Symbolic References）。字面量比较接近于 Java 语言层面的常量概念，如文本字符串、声明为 final 的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了下面三类常量：

  • 类和接口的全限定名（Full Qualified Name）
  • 字段的名称和描述符（Descriptor）
  • 方法的名称和描述符

  常量池中的每一项都是一个表，在 JDK1.7 之后共有 14 种结构各不相同的表结构数据，他们都有一个共同点，表开始的第一位是一个 u1 类型的标志位 tag，代表当前这个常量属于哪种常量类型。依旧参考规范

类型 tag标志 描述
CONSTANT_utf8_info 1 UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info 3 整形字面量
CONSTANT_Float_info 4 浮点型字面量
CONSTANT_Long_info ５ 长整型字面量
CONSTANT_Double_info ６ 双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class_info ７ 类或接口的符号引用
CONSTANT_String_info ８ 字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref_info ９ 字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info 10 类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info 11 接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info 12 字段或方法的符号引用
CONSTANT_MothodType_info 16 标志方法类型
CONSTANT_MethodHandle_info 15 表示方法句柄
CONSTANT_InvokeDynamic_info 18 表示一个动态方法调用点

  描述符本质其实也就是是代表字段或方法类型的字符串，只不过它不会直接存储这个字符串的值，只会指向 CONSTANT_utf8_info 类型的字符串字面量的索引。

举个例子，有下面一个简单的类，查看其字节码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
public class Person {

    private int name;

    public int getHash() {
        return hashCode();
    }

    public int getName() {
        return name;
    }

    public void setName(int name) {
        this.name = name;
    }
}

使用 javac Person.java编译，使用 javap -verbose Person 查看

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
Classfile /Users/peihuan/workspace/webTest/src/main/java/Person.class
  Last modified 2020-7-26; size 413 bytes
  MD5 checksum 3b212604e8709ce491c1482b31c6eb32
  Compiled from "Person.java"
public class Person
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#19         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Methodref          #5.#20         // java/lang/Object.hashCode:()I
   #3 = Fieldref           #4.#21         // Person.name:I
   #4 = Class              #22            // Person
   #5 = Class              #23            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               name
   #7 = Utf8               I
   #8 = Utf8               <init>
   #9 = Utf8               ()V
  #10 = Utf8               Code
  #11 = Utf8               LineNumberTable
  #12 = Utf8               getHash
  #13 = Utf8               ()I
  #14 = Utf8               getName
  #15 = Utf8               setName
  #16 = Utf8               (I)V
  #17 = Utf8               SourceFile
  #18 = Utf8               Person.java
  #19 = NameAndType        #8:#9          // "<init>":()V
  #20 = NameAndType        #24:#13        // hashCode:()I
  #21 = NameAndType        #6:#7          // name:I
  #22 = Utf8               Person
  #23 = Utf8               java/lang/Object
  #24 = Utf8               hashCode
{
  public Person();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public int getHash();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokevirtual #2                  // Method java/lang/Object.hashCode:()I
         4: ireturn
      LineNumberTable:
        line 6: 0

  public int getName();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #3                  // Field name:I
         4: ireturn
      LineNumberTable:
        line 10: 0

  public void setName(int);
    descriptor: (I)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: aload_0
         1: iload_1
         2: putfield      #3                  // Field name:I
         5: return
      LineNumberTable:
        line 14: 0
        line 15: 5
}
SourceFile: "Person.java"

主要查看的是 Constant pool 这一项， #1 是方法的符号引用，方法符号引用结构如下

1
2
3
4
5
CONSTANT_Fieldref_info {
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}

除了tag还有两个字段，一个指向声明方法的类描述符 CONSTANT_Class_info 的索引项，一个指向名称及类型描述符 CONSTANT_NameAndType 的索引项。#1 指向了 #5 和 #19，我们再看 #5 ，它是 CONSTANT_Class_info ，其结构如下，只有一个指向其全限定名常量项的索引， #5 指向了 #23，就是一个普普通通的字符串了，其值java/lang/Object就是这个类的名字。

1
2
3
4
CONSTANT_Class_info {
    u1 tag;
    u2 name_index;
}

再看 #19，这是个 CONSTANT_NameAndType， 其结构如下 ，一个是该方法名称常量项的索引，一个是该方法常量描述符的索引。#19 指向了 #8 和 #9，#8 是方法名，是实例的构造器，也就是构造方法的名字，#9 ()V 是描述符，意思是，返回值是 void，没有参数。

{
1
2
3
4
    u1 tag;
    u2 name_index;  
    u2 descriptor_index;
}

具体的描述符标识字符含义查看表4.2。例如，这个方法 Object m(int i, double d, Thread t) {..} 的描述符就是(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;