同事：你能跟我聊聊class文件么？（下篇）

3.4 访问标记

等到常量池的部分结束后，紧随其后的就是访问标记了。访问标记其实很好理解，就是类上的修饰符，如final、abstract等。

这个部分用两个字节的空间来保存，其实这里十六进制值存储的也是约定好的枚举值，不同的枚举值对应不同的访问标记名：

在上面这个例子1中，访问标记就是​​00 21​​：

​​00 21​​​对应的就是​​ACC_PUBLIC​​​以及​​ACC_SUPER​​​，意味着这个类是public修饰的类，而​​ACC_SUPER​​则代表该类有继承关系。这也很好理解，在Java中，所有的类都是Object类的子类嘛。

3.5 类索引（this_class）

顾名思义，类索引保存的是一个与类相关的索引，既然有索引那么肯定有数据，那么它指向的数据是哪呢，就是前面提到的常量池。

在例1中，类索引紧跟访问标记​​00 21​​​之后，也就是对应的​​00 07​​，指向常量池中索引为7的位置：

我们找到常量池中索引为7的位置，发现这个位置对应的其实是一个​​CONSTANT_Class_info​​，代表这是一个类的信息常量：

类对应的类名是​​cp_info #36​​，我们继续找下去，可以看到，this_class最终指向的是一个字符串字面量，也就是本类的类名：

3.6 超类索引（super_name）

与类索引的查询方法一致，在例子1中，对应的超类索引十六进制值为​​00 08​​：

同样到常量池中取索引，得到最终的超类名为：

所有的类都是Object类的子类，在这一步得到了验证。

3.7 接口索引（interface）

与前两个索引的查询方法一致，不过这里有一些特殊点，在例子1中，由于该类没有实现任何接口，所以接口表索引为​​00 00​​：

还记得前面所说的常量池的索引从1开始，而0号位是无效位吗？

将0号位置设为无效就是为了应对这种情况。

由于常量池中没有0号索引位，因此读取到​​00 00​​这样的索引时可知，此索引表示的是 不存在该信息。

3.8 字段表

接口索引之后紧跟的是字段表，字段表很好理解啦，记录的就是类中的字段信息。前面已经说过，Class文件中的表的结构，都是以 表大小+表内容 来表示的，字段表当然也不例外，它的表示为：

{
    u2 fields_count;
    field_info fields[fields_count];
}

​​fields_count​​​表示的是​​fields​​​中的​​field_info​​数量。

字段内容​​field_info​​内部又可以细分为：

{
    u2 access_flags;
    u2 name_index;
    u2 descriptor_index;
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

我们来简单介绍一下这几个部分的内容：

3.8.1 access_flags

访问标记。这跟类的访问标记相似，只不过字段表中的访问标记存储的是字段上的public、private、protected等信息，当然也包括static、final等声明信息，同样是以枚举的方式记录：

3.8.2 name_index

字段名索引。跟3.5中的类索引相似，​​name_index​​​记录的是常量池中的索引，最终可以通过​​name_index​​找到一个字符串常量名，也就是字段名。

比如，在例子1中，第一个字段的​​name_index​​如下：

再到常量池索引为​​#9​​​的位置查找，最终得到的字段名就是​​a​​啦。

3.8.3 descriptor_index

字段类型索引。

跟字段名索引的功能类似，指向常量池中的一个字符串常量，但是为了节省空间，字段的类型是用简写方式表示的，例如：

1. 基础类型，byte、int、char、float等这些简单类型使用一个大写字符来表示，B对应byte类型，I对应的是Integer，大部分类型对应都是自己本身的首字母大写，除了有两个特殊的——J对应的是long类型，Z表示boolean类型。
2. 引用类型使用L+全类名+；的方式来表示，为了防止多个连续的引用类型描述符出现混淆，引用类型描述符最后都加了一个分号";"作为结束，比如字符串类型String的描述符为​​Ljava/lang/String;​​。
3. 数组类型用"["来表示，如字符串数组String[]的描述符为“​​[Ljava/lang/String;​​​”，同时该符号也可表示多维数组，如​​int[][]​​​就被表示为​​[[I​​。

在例子1中，变量a的​​descriptor_index​​​为​​00 0A​​​，也就是指向索引​​#10​​​的位置，最终找到变量a的类型为​​I​​，也就是Integer。

3.8.4 attributes_count与attributes（属性表）

​​attributes_count​​​表示的是字段属性项个数，而​​attributes​​则是字段属性项集合。

​​attributes​​​中由各类的​​attribute_info​​​组成，​​attribute_info​​​记录的是具体的属性信息，比较常见的有​​ConstantValue​​​属性，表示这个字段是一个常量；还有​​RuntimeVisibleAnnotations​​属性，表示该字段上标注有运行时注解，比如Spring相关注解。

关于运行时注解与编译时注解我们在编译过程中已经讨论过了，还有疑惑的同学可以回过去复习一下。

可以发现，字段表其实是一个嵌套式的表结构，​​field_info​​​表内部嵌套一个​​attributes​​。

我们回到Class文件中看看他们是怎么表示的，在例子1​​javap​​​结果中间的部分，在​​#37​​​之后的一行，有关于变量​​a​​的描述：

private final int a;
    descriptor: I
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_FINAL
    ConstantValue: int 100

这里展示的就是变量​​a​​​对应的​​访问标记​​​、​​字段类型​​​以及​​属性表​​的内容啦。

在jclasslib中就看得更清楚了：

这就是字段表中保存的关于变量a的相关信息了。

等等，这里有一个重点！！

我们在3.3 常量池的部分中抛出了一个问题，为什么int类型字段值只有声明为final后才会被保存到常量池中？

这里就能得到答案。

因为声明为final的字段，需要在​​attribute_info​​​中存储​​ConstantValue​​​属性来标识该字段是一个常量。而​​ConstantValue​​又需要记录下该字段的值。

这个值保存在哪个地方最适合呢，当然是常量池啦。

我们使用jclasslib查看就更直观了，常量值的索引指向​​cp_info #12​​​，而常量池中​​#12​​​位置存储的正是值​​100​​。

未被final声明的int类型，其值不会保存到常量池中，而是在使用时直接嵌入到字节码中，如本例子中的变量b：

3.9 方法表

方法表的作用和字段表很类似，用于记录类中定义的方法。

当然，方法表前也是有一个count记录的，具体的结构如下：

{
  u2    methods_count;
  method_info    methods[methods_count];
}

​​method_info​​也是一个嵌套结构：

{
  u2    access_flags;
  u2    name_index;
  u2    descriptor_index;
  u2    attributes_count;
  attribute_info  attributes[attributes_count];
}

前四个部分就不用介绍了，跟字段表中的信息基本一致，描述的是一些方法声明信息。

我们直接来聊聊方法表中的这个​​attribute_info​​，也就是方法中的属性表。

字段中的属性表存储了字段的常量值等信息，而通常来说，方法的定义是要比字段定义稍微复杂一些的，比如方法有方法体，有声明的抛出异常等，而这些信息，就都存储在方法表里的​​attribute_info​​​里。因此方法中可用的​​attribute_info​​要更多。

例如方法体对应的属性是​​Code​​​，而异常信息对应的属性名为​​Exceptions​​，这都是字段中不存在的属性。

在方法表的属性表中，最为重要的就是​​Code​​​属性，例如例子1中的main方法，其​​Code​​属性在字节码中是这样表示的：

Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: bipush        102
         2: istore_1
         3: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
        line 9: 3
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       4     0  args   [Ljava/lang/String;
            3       1     1     e   I

其中最重要的部分，在这：

这一部分就是我们俗称的 字节码。

开篇我们就强调了，字节码是Class文件的一部分，但它究竟在什么位置，现在就有了答案：

字节码记录在Class文件的方法表中的attribute_info的Code属性里。

这里暂时不展开讲Code部分，各位同学不要心急，后续会单独写一篇字节码相关的文章，保证给大家安排地明明白白。

至于stack（操作数栈），locals（局部变量），LineNumberTable（行号表）和LocalVariableTable（局部变量表），都是JVM运行时需要相关的信息，我们可以暂时不用纠结，后续也会接触到的。

现在大家只要记住字节码其实保存在方法表中就可以了。

3.10 属性表

是不是很眼熟？属性表在前面已经出现过了，在字段表中、方法表中，都内嵌了一个属性表。

而这里的属性表，记录的是该类的类属性（注意不是类字段），它的结构如下：

{
  u2    attributes_count;
  attribute_info attributes[attributes_count];
}

​​attribute_info​​的具体结构又可细分：

{
  u2 attribute_name_index;
  u4 attribute_length;
  u1 info[attribute_length];
}

所以说啊，类中有一个属性表，方法中有一个属性表，字段中还是有一个属性表，但它们记录的东西不一样：

• 字段表中的属性表记录的是字段是否为常量、字段上是否有注解等信息。
• 方法表中的属性表记录了方法上是否有注解、方法的异常信息声明、字节码等信息。

同样的，不同位置的属性表可供使用的属性也不一样，比如​​ConstantValue​​​不能用在类和方法上，​​Exceptions​​属性不能用在字段上。

那Class文件最后的这个属性表记录的跟类的相关信息具体有哪些呢？

只说几个常见的：

1. SourceFile：类的源文件名称。
2. RuntimeVisibleAnnotations：类上标记的注解信息。
3. InnerClasses：记录类中的内部类。

属性表的规则相比于其他的部分较为松散一些，第一，属性表中的属性并没有顺序要求，第二，不同的属性内部的具体的info内容结构也是各异的，需要按照虚拟机的规范事先约定好，虚拟机读取到对应的属性名称后，再按规范去解析其中的属性信息。

我们举一个例子，在方法表的属性表中（有点像绕口令哈哈），可能会存在​​LineNumberTable​​​和​​Exceptions​​两种属性，虽然它们的开头部分是一致的：一个占用两字节的​​attribute_name_index​​，以及一个占用四字节的​​attribute_length​​。

但虚拟机根据读取到​​attribute_name_index​​​进行的后续解析步骤是不同的，比如对于​​Exceptions​​​，后续的信息为​​number_of_exceptions​​​与​​exception_index_table​​​，而​​LineNumberTable​​​后续的信息为​​line_number_table_length​​​及​​line_number_table​​，它们的格式和占用空间的大小都是不同的，只有依赖事先定义好的规范，才能将对应属性的正确信息解析出来。

tips: 这个表格比较复杂，建议有相关需求和兴趣的同学们直接查看官方的Java虚拟机规范文档：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.7

4.总结

Class文件中记录了很多关键的信息，了解Class文件的结构能够帮助我们更深入地理解Java运行原理。

我们在最后对Class文件中的结构做一个简单的分类，大家一条一条看下去，也跟着思考一下，如果不保存这一信息会怎么样，会不会影响代码的运行？这个信息具体保存在Class文件的哪一部分？

Class文件结构分类：

1. 结构信息

• Class文件格式版本号
• 各部分的数量及所占空间大小

2. 元数据（对应Java源代码中“声明”和“常量”信息）

• 类 / 继承的超类 / 实现接口的声明信息
• 域 / 方法 的声明信息
• 常量池
• 运行期注解

3. 方法信息（对应Java源代码中“语句”与“表达式”信息）

• 字节码
• 异常处理器表
• 操作数栈 与 局部变量区 的大小
• 符号信息（如LineNumberTable、LocalVariableTable）

我是敖丙，你知道的越多，你不知道的越多，下期见！

文章转载自公众号：敖丙