【JVM虚拟机】(5)---深入理解JVM-Class中常量池

深入理解Class---常量池

一、概念

1、jvm生命周期

启动：当启动一个java程序时，一个jvm实例就诞生了，任何一个拥有main方法的class都可以作为jvm实例运行的起点。

运行：main()函数作为程序初始线程起点，其它线程由该线程启动，包括守护线程(daemon)和non-daemon(普通线程)。守护线程是JVM自己使用的线程比如GC线程就是个守护线程，只要这个jvm实例还有普通线程执行，就不会停止，但是可以用exit()强制终止程序。

消亡：所有非守护线程退出时，JVM实例结束生命，若安全管理器允许，程序也可以使用java.lang.Runtime类或者System.exit(0)来退出。实际上exit也是用到Runtime类来退出，Runtime是个神奇的类，它还可以用于启动和关闭非java进程。

2、JVM与Class文件

我们一直说java虚拟机实现的与语言是无关的，java虚拟机不和包含java在内的任何语言绑定,它只和与class文件这种特殊的二进制文件格式所关联，class文件中包含了java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。基于安全方面的考虑， Java 虑拟机规范要求在 Class 文件中使用许多强制性的语法和结构化约束，但任一门功能性语言都可以表示为一个能被 Java 虚拟机所接受的有效的 Class 文件。作为一个通用的、机器无关的执行平台，任何其他语言的实现者都可以将 Java 虚拟机作为语言的产品交付媒介。例如，使用 Java 编译器可以把 Java 代码编译为存储字节码的 Class 文件，使用 JRuby 等其他语言的编译器同样可以把程序代码编译成 Class 文件，虚拟机并不关心Class 的来源是何种语言，如图。

3、什么是Class文件

Java字节码类文件（.class）是Java编译器编译Java源文件（.java）产生的“目标文件”。它是一种8位字节的二进制流文件， 各个数据项按顺序紧密的从前向后排列， 相邻的项之间没有间隙， 这样可以使得class文件非常紧凑， 体积轻巧， 可以被JVM快速的加载至内存， 并且占据较少的内存空间（方便于网络的传输）。

class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流。

class文件中的信息是一项一项排列的， 每项数据都有它的固定长度， 有的占一个字节， 有的占两个字节， 还有的占四个字节或8个字节， 数据项的不同长度分别用u1, u2, u4, u8表示， 分别表示一种数据项在class文件中占据一个字节， 两个字节， 4个字节和8个字节。

4、什么是魔数

当我们把class文件转成16进制,我们可以看到文件的头四个字节是cafe babe，这个就称为魔数。,它唯一作用就告诉虚拟机当前的文件就是class文件。

使用魔数而不是用扩展名来进行识别主要是基于安全考虑，因为扩展名我们可以随意通过重命名等方式改动。而通过魔数就算你把结尾改成.clss。但它同样还能在JVM运行,因为它的头部还是cafe babe没变。

很多文件存储标准中都用魔数进行身份标识，如图片gif，jpeg都在文件头部中存储着魔数。

5、jvm常量池

我先讲下概念，接下来我会将class文件转为16进制流后,在举例说明。

常量池中每一项常量都是一个表,jdk1.8有14种结构不同的表结构，这14个表有个共同特点，就是表开始的第一位都是一个u1类型的标志位，JVM根据这个标志位[tag]来确定某个常量池项表示什么类型的字面量，比如tag为1就是指CONSTANT_utf8_info

再看常量池类型表：

这14种常量项结构还有一个特点是，其中13表占用得字节固定，只有CONSTANT_Utf8_info占用字节不固定，其大小由length决定。为什么呢？因为从常量池存放的内容可知，其存放的是字面量和符号引用，最终这些内容都会是一个字符串，

这些字符串的大小是在编写程序时才确定，比如你定义一个类，类名可以取长取短，所以在没编译前，无法确定大小不固定，编译后，通过utf-8编码，就可以知道其长度。

在看每一项常量表对应的说明:

二、16进制class文件解析

先看java代码

package com.jincou.demo.domain;
public class XiaoXiao {
    private String father;
    public String fatherName() {
        return "小小她爹";
    }
}

通过命令自动生成class文件（会在同一目录生成）

javac XiaoXiao.java

在将class文件拖入文本编辑器里,显示自然就是16进制流了，如下：

上面的表其实可以划分为以下七个部分，.class 字节码文件包括：

• 魔数与class文件版本
• 常量池
• 访问标志
• 类索引、父类索引、接口索引
• 字段表集合
• 方法表集合
• 属性表集合

这篇博客只讲到常量池,其它的下篇讲，接下来我们一行一行解释,首先是：

cafe babe：上面说过了这个是魔数，告诉JVM虚拟机我就是class文件。

0000 0034：次版本号组成u2+主版本号u2。共占4个字节。0034转10进制为52，代表当前JDK版本为1.8。

0013 ：说明有19-1即18个常量。

上面这些位置是固定的。接下来就是说明每一个常量：

0a：这就是tag代表一个标志，0a代表10,去找常量池列表。

得知它是一个接口中方法的符号引用,然后去找CONSTANT_Methodref_info对应常量列表描述:

从常量列表我们可以知道该类型一共占了5u,即0a00 0400 0f，那么下一个tag就是08代表字符串类型常量，以此类推就可以知道一共18个常量的信息。

三、class反编译

通过上面看16进制的却太麻烦了，现在我们可以通过JDK自带反编译工具查看会更加清晰。

javap -verbose 文件名

通过反编译看去就很直观,比如第一个字符常量很明显告诉你是CONSTANT_Methodref_info，而且对于的就是4和15和上面完美对应。

最后思考，到底哪些会放到常量池？

1.常量池可以理解为class文件中的资源仓库，有很多种类型，主要存放两大常量
①.字面量
字面量就是通俗理解的java常量，如文本字符串，8大基本数据类型，final修饰的常量值等
②.符号引用
符号引用属于编译原理的概念，主要包含以下三种
1）类和接口的全限定名
2）字段的名称和描述符
3）方法的名称和描述符

参考

1、深入了解java虚拟机第2版第六章

2、深入理解JVM-Class文件结构和类加载

3、深入理解JVM之Java字节码（.class）文件详解

只要自己变优秀了，其他的事情才会跟着好起来（少将3）