深入浅出 JVM 之字节码-常量池常量分析

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• JDK 1.8

深入浅出 JVM 系列文章

• 01.深入浅出 JVM 之 Java 虚拟机
• 02.深入浅出 JVM 之 Class 字节码文件
• 03.深入浅出 JVM 之字节码-常量池常量分析
• 04.深入浅出 JVM 之字节码-指令集简介
• 05.深入浅出 JVM 之类加载-类加载流程
• 06.深入浅出 JVM 之类加载-类加载器
• 07.深入浅出 JVM 之运行时数据区
• 08.深入浅出 JVM 之运行时数据区-堆
• 09.深入浅出 JVM 之运行时数据区-方法区
• 10.深入浅出 JVM 之运行时数据区-虚拟机栈
• 11.深入浅出 JVM 之运行时数据区-程序计数器
• 12.深入浅出 JVM 之垃圾回收-垃圾回收概述与算法
• 13.深入浅出 JVM 之垃圾回收-垃圾回收器

一、分析常量池说明

在之前的文章中，我们探讨了字节码文件的结构，并简述了常量池的相关概念，但未进行深入分析。因此，本文将详尽介绍如何对常量池中包含的各类常量进行分析。

二、常量池类型结构表

在深入分析常量池中的常量之前，这里先对各种常量的类型进行汇总。下表列出了不同类型的常量，可以帮助大家了解每种常量的功能及属性。具体表格如下：

三、示例 Java 代码

这里贴一个示例的 Java 示例代码，内容如下:

 1public class Test {
 2
 3    private int a;
 4    private String b = "mydlq";
 5
 6    public void a() {
 7        byte i = 15;
 8        int j = 8;
 9        int k = i + j;
10    }
11
12}

接下来使用 javac 命令，将 Java 代码编译为 class 字节码文件:

1$ javac Test

四、使用 Notepad++ 观察字节码文件

使用 Notepad++ 工具打开编译后的字节码文件，然后借助 HEX-Editor 插件查看文件在 十六进制 形式下的内容。具体显示的内容如下所示：

五、分析常量池计数器

在分析字节码中的常量池时，我们首先要分析的就是从字节码开头起的第 9 个字节，该位置存储的就是常量池计数器 constant_pool_count 的值。比如，示例字节码文件中第 9 个字节的位置，如下图所示:

从图中可以看出，常量池计数器在十六进制下的值为 15，这对应于十进制中的 21。不过需要注意的是，常量池的计数从 1 开始，而不是 0。因此，通过计算 constant_pool_count = 21 - 1，我们可以确定常量池中实际包含的常量数量为 20。

六、分析常量池表

6.1 分析第一个常量

接下来将对常量池中的第一个常量进行分析，不过在分析常量池表中的常量之前，需要先说明一下。在每个常量中的第 1 个字节是 "类型标记"，这个字节称为 tag byte，主要用于确定常量的类型。我们只有先确定了常量的类型之后，才能确定该常量使用了多少字节存储数据。

在 "常量池计数器" 后的数据就是常量的内容，由于不同类型的常量具有不同的属性，因此必须要根据常量的类型来具体分析。这里先对第一个常量进行分析，首先就是先确定常量的 tag 属性值，只要确定了 tag 的属性值后，才能确定该常量的类型。

在常量池表中，第一个常量的 tag 属性值为 0a，这对应于十进制中的 10。根据之前列出的 "常量类型结构表" 我们可以知道，序号10 的常量类型为 CONSTANT_Methodref_info，表中对该类型的常量描述如下:

根据 "常量类型结构表" 中的信息，可以了解到 CONSTANT_Methodref_info 类型的常量包含两个索引项属性，分别为 class_index 和 name_and_type_index。在当前常量中，这两个索引属性分别指向了特定的索引，如下:

通过上述分析，我们可以确定第一个常量属于 CONSTANT_Methodref_info 类型，并且总共占用了 5字节。此类型常量包括两个索引项属性: class_index 和 name_and_type_index。其中，class_index 索引记录了类名，指向常量池中的第 5 个 CONSTANT_Class_info 类型常量；name_and_type_index 索引记录了字段或方法的名称及其类型，指向常量池中的第 16 个 CONSTANT_NameAndType_info 类型常量。

6.2 分析第二个常量

接下来，我们继续分析第二个常量。该常量开头的第一个字节是 08，即 tag = 08，转换为十进制为 8，如下图所示:

通过参照 "常量类型结构表"，我们可以了解到 序号8 的常量类型为 CONSTANT_String_info。表中对该类型的常量描述如下:

根据表中的信息可以了解到，CONSTANT_String_info 类型的常量主要用于记录字符串类型字面量，它只包含了一个索引项属性 string_index，分析常量后的内容如下表所示:

通过上述分析，我们可以确定第二个常量属于 CONSTANT_String_info 类型，这种类型的常量包含一个指向字符串字面量的 string_index 索引，它指向了常量池中的第 17 个 CONSTANT_Utf8_info 类型常量。此常量记录了字符串值 "mydlq"，如下图所示：

6.3 分析第三个常量

我们继续分析第三个常量。该常量开头的第一个字节是 09，即 tag = 09，转换为十进制为 9，如下图所示:

通过参照 "常量类型结构表"，我们可以了解到 序号9 的常量类型为 CONSTANT_Fieldref_info。表中对该类型的常量描述如下:

根据表中的信息可以了解到，CONSTANT_Fieldref_info 类型的常量主要用于描述字段的符号引用，其包含俩个索引项属性，分别为 class_index 和 name_and_type_index，详情如下表所示:

通过上述分析，我们可以确定第三个常量属于 CONSTANT_Fieldref_info 类型，总共占用了 5字节。该类型的常量包含了俩个索引项: 一个是 class_index 索引属性，用于记录类名，指向常量池中的第 4 个 CONSTANT_Class_info 类型常量。另一个是 name_and_type_index 索引，用于记录字段或方法的名称和类型，指向常量池中的第 18 个 CONSTANT_NameAndType_info 类型常量。

6.4 分析第四个常量

我们继续分析第四个常量。该常量开头的第一个字节是 07，即 tag = 07，转换为十进制为 7，如下图所示:

通过参照 "常量类型结构表"，我们可以了解到 序号7 的常量类型为 CONSTANT_Class_info。表中对该类型的常量描述如下:

根据表中的信息可以了解到，CONSTANT_Class_info 类型的常量主要用于描述类或接口的符号引，它只包含了一个指向全限定名称常量的索引项 name_index ，详情如下表所示:

通过上述分析，我们可以确定第四个常量属于 CONSTANT_utf8_info 类型，总共占用了 3字节。该类型的常量包含了一个索引项属性 name_index，其指向了常量池中第 19 个类型为 CONSTANT_Utf8_info 的常量，该常量记录了类或接口的全限定名称 Test，如下图所示:

七、示例常量池中的全部常量

鉴于常量池中包含多达 20 多个常量，这里就不一一进行分析，如果感兴趣的话可以自行尝试分析。这里直接给出分析后的结果，汇总如下:

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