第三章 类文件结构与javap的使用

注：本文主要参考自《深入理解java虚拟机（第二版）》

1、javap的使用与类文件结构

使用过程：

java源代码：

1 package compile;  2 /**
3  * class字节码  4  */
5 public class TestClass {  6     private int m;  7
8     public int inc() {  9         return m + 1; 10  } 11 }

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在硬盘上找到java源文件所在目录（eg.E:\Java\workspaceOfMyBatis3\baseUtil\src\compile）

打开命令窗口，执行"javac -g TestClass.java"生成TestClass.class字节码文件，然后使用"javap -c TestClass > TCC.txt"将字节码文件的处理结果输出到TCC.txt中。



打开TCC.txt，如下：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object{ public compile.TestClass(); Code: 0: aload_0 1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
4:    return

public int inc(); Code: 0: aload_0 1:    getfield    #2; //Field m:I
4: iconst_1 5: iadd 6: ireturn }

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说明：

javac -g TestClass.java

-g：生成所有的调试信息，包括局部变量名和行号信息。

javap -c TestClass > TCC.txt，对于javap常用的参数：

-c：输出字节码Code

-l(小写L)：输出Code、LineNumberTable与LocalVariableTable

-s：输出方法签名（方法的接收参数列表和返回值）

-verbose：包含-c、-l以及输出class文件的编译版本，常量池，Stack, Locals, Args_size

对于javap而言，常用的就是-c或-verbose　　

这里列出使用"javap -verbose TestClass > TCV.txt的结果：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object SourceFile: "TestClass.java" /* 源文件名称 */ minor version: 0        /* 次版本号 */ major version: 50        /* 主版本号，50-->jdk6 */ Constant pool: /* 常量池：存放所有的方法名、field名、方法签名（方法参数+返回值）、类型名、class文件中的常量值 */
const #1 = Method    #4.#18;    // java/lang/Object."<init>":()V
const #2 = Field    #3.#19;    // compile/TestClass.m:I
const #3 = class    #20;    // compile/TestClass
const #4 = class    #21;    // java/lang/Object
const #5 = Asciz    m;                                /*field名*/
const #6 = Asciz    I;                                /*类型名*/
const #7 = Asciz    <init>;                            /*方法名（构造器）*/
const #8 = Asciz    ()V;                             /*方法签名（方法参数+返回值）*/
const #9 = Asciz Code; const #10 = Asciz    LineNumberTable;                /*class文件中的常量值:Java源码的行号与字节码指令对应关系*/
const #11 = Asciz    LocalVariableTable;                /*class文件中的常量值:局部变量表*/
const #12 = Asciz    this; const #13 = Asciz    Lcompile/TestClass;;            /*当前类的类型"Lxxx;"表示xxx引用类型*/
const #14 = Asciz    inc;                            /*方法名*/
const #15 = Asciz    ()I;                            /*方法签名（方法参数+返回值）*/
const #16 = Asciz    SourceFile;                        /*class文件中的常量值:源文件名称*/
const #17 = Asciz    TestClass.java;                    /*class文件中的常量值:源文件名称*/
const #18 = NameAndType    #7:#8;// "<init>":()V
const #19 = NameAndType    #5:#6;// m:I
const #20 = Asciz    compile/TestClass;                /*类型名*/
const #21 = Asciz    java/lang/Object;                /*类型名*/ { public compile.TestClass(); Code: /* 方法字节码 */
/* Stack:操作数栈的深度（这个值就是类加载阶段为操作数栈分配的深度） * Locals:局部变量的分配空间（单位是slot，不是个数），对于double和long这两个64bit的，需要两个slot，对于其他<=32bit的，只需要一个slot * Args_size:方法参数的个数，包括方法参数、this（this只针对实例方法，static方法不会自动添加this） */ Stack=1, Locals=1, Args_size=1
0:    aload_0    /*将第0个Slot中的引用类型的本地变量推到操作数栈顶，这里就是LocalVariableTable的this*/
1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V /* invokespecial #1：调用#1常量代表的方法，这里就是super(),当前栈顶的元素作为该方法#1的接收者 */
4:    return    /*返回该方法，该方法的返回值为Void，执行了return指令，方法结束*/ LineNumberTable: /* Java源码的行号与字节码指令对应关系 */ line 5: 0 LocalVariableTable: /* 局部变量表 */ Start Length Slot Name Signature 0      5      0    this       Lcompile/TestClass; public int inc(); Code: Stack=2, Locals=1, Args_size=1
0:    aload_0                            /*将第0个Slot中的引用类型的本地变量推到操作数栈顶，这里就是LocalVariableTable的this*/
1:    getfield    #2; //Field m:I /*getfield #2:获取常量表中定义的#2实例（即实例m）,然后将m推到操作数栈顶*/
4:    iconst_1                        /*向栈顶压入一个int常量1*/
5:    iadd                            /*将栈顶的两个元素相加（这里是1和m），然后将结果压入栈顶*/
6:    ireturn                            /*从当前方法返回栈顶的int型数值结果*/ LineNumberTable: line 9: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0      7      0    this       Lcompile/TestClass; }

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说明：

上述文件中/*xxx*/这样的注释是我添加的，//这样的注释是javap自己生成的

需要知道的是，上述的文件并非是生成的*.class文件，*.class文件的内容是一串接近于机器码的十六进制字符，开头是一个魔数"0xCAFEBABE"，该魔数是确定一个文件是否是class文件的标准。之后就是class编译版本（minor version，major version），然后下边的顺序与TCV.txt的顺序一样了。

在TCV.txt文件中，多了一个无参构造器方法，该无参构造器调用的是TestClass的父类Object的无参构造器（即执行了super()方法），这个无参构造器是在javac变异的第三步"语义分析"的时候添加的，具体的查看第二章 Javac编译原理

注意：

常量池的存放内容

存放所有的方法名

field名

方法签名（方法参数+返回值）

类型名

class文件中的常量值

常量池的前四部分可以称作是符号引用（即只有一些名称，但没有实际的地址，在运行期进行类的加载过后，会为这些东西分配实际的内存，到时候符号引用就会转化为直接引用，就能被JVM用了）

常量池的组成：符号引用、常量（这个常量包含我们代码中定义的常量，eg、字符串常量，也包括class文件中的常量，eg.SourceFile）。

主版本号的对应（eg.50对应jdk6，51对应jdk7），查看《深入理解java虚拟机（第二版）》P167

Stack：操作数栈的深度（这个值就是类加载阶段为操作数栈分配的深度）

Locals：局部变量的分配空间（单位是slot，不是个数），对于double和long这两个64bit的，需要两个slot，对于其他<=32bit的，只需要一个slot

Args_size：方法参数的个数，包括方法参数、this（this只针对实例方法，static方法不会自动添加this）

inc()方法：我详细注释了该方法的执行过程，这也就是JVM执行一个方法的基本流程（基于栈）

提醒：

Code部分是我们主要关注的部分，这一部分中关键的部分就是每一条字节码指令的意义是什么。具体的可以查看《深入分析Java Web技术内幕（修订版）》P124-P135

总结：

掌握类文件结构，有利于我们理解类加载机制，而了解了类加载机制，最直接的好处，就是我们可以自己编写类加载工具，例如，smarty框架就是自己编写了一个类加载器

读懂执行javap之后的字节码指令有利于我们理解java代码的执行流程，对我们定位问题也有一定的好处（虽然我在开发中还没有用这种方式定位过问题）