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Java虚拟机原理图解(3):Class文件中的常量池详解(下)

class文件 winrains 来源:亦山 12个月前 (09-26) 36次浏览

NO9.类中引用到的field字段在常量池中是怎样描述的?(CONSTANT_Fieldref_info, CONSTANT_Name_Type_info)

一般而言,我们在定义类的过程中会定义一些 field 字段,然后会在这个类的其他地方(如方法中)使用到它。有可能我们在类的方法中只使用field字段一次,也有可能我们会在类定义的方法中使用它很多很多次。
举一个简单的例子,我们定一个叫Person的简单java bean,它有nameage两个field字段,如下所示:

package com.louis.jvm;
public class Person {
    private String name;
    private int age;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

在上面定义的类中,我们在Person类中的一系列方法里,多次引用到name field字段 和age field字段,对于JVM编译器而言,nameage只是一个符号而已,并且它在由于它可能会在此类中重复出现多次,所以JVM把它当作常量来看待,将nameage以field字段常量的形式保存到常量池中。
将它nameage封装成 CONSTANT_Fieldref_info 常量池项,放到常量池中,在类中引用到它的地方,直接放置一个指向field字段所在常量池的索引。
上面的Person类,使用javap -v Person指令,查看class文件的信息,你会看到,在Person类中引用到agename field字段的地方,都是指向了常量池中agename field字段对应的常量池项中。表示field字段的常量池项叫做CONSTANT_Fieldref_info

怎样描述某一个field字段的引用?




实例解析: 现在,让我们来看一下Person类中定义的name field字段在常量池中的表示。通过使用javap -v Person会查看到如下的常量池信息:


请读者看上图中name field字段的数据类型,它在#6个常量池项,以UTF-8编码格式的字符串“Ljava/lang/String;” 表示,这表示着这个field 字段是java.lang.String 类型的。关于field字段的数据类型,class文件中存储的方式和我们在源码中声明的有些不一样。请看下图的对应关系:

请注意!!!
如果我们在类中定义了field 字段,但是没有在类中的其他地方用到这些字段,它是不会被编译器放到常量池中的。读者可以自己试一下。(当然了,定义了但是没有在类中的其它地方引用到这种情况很少。)
只有在类中的其他地方引用到了,才会将他放到常量池中。

NO10.类中引用到的method方法在常量池中是怎样描述的?(CONSTANT_Methodref_info, CONSTANT_Name_Type_info)

1.举例:
还是以Person类为例。在Person类中,我们定义了setName(String name)getName()setAge(int age)getAge()这些方法:

package com.louis.jvm;
public class Person {
    private String name;
    private int age;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

虽然我们定义了方法,但是这些方法没有在类总的其他地方被用到(即没有在类中其他的方法中引用到),所以它们的方法引用信息并不会放到常量中。
现在我们在类中加一个方法 getInfo(),调用了getName()getAge() 方法:

public String getInfo()
{
    return getName()+"\t"+getAge();
}

这时候JVM编译器会将getName()getAge()方法的引用信息包装成CONSTANT_Methodref_info结构体放入到常量池之中。

这里的方法调用的方式牵涉到Java非常重要的一个术语和机制,叫动态绑定。这个动态绑定问题以后在单独谈谈。
2. 怎样表示一个方法引用?
请看下图:


3. 方法描述符的组成


4. getName() 方法引用在常量池中的表示

NO11.类中引用到某个接口中定义的method方法在常量池中是怎样描述的?(CONSTANT_InterfaceMethodref_info, CONSTANT_Name_Type_info)

当我们在某个类中使用到了某个接口中的方法,JVM会将用到的接口中的方法信息放到这个类的常量池中。
比如我们定义了一个Worker接口,和一个Boss类,在Boss类中调用了Worker接口中的方法,这时候在Boss类的常量池中会有Worker接口的方法的引用表示。

package com.louis.jvm;
/**
 * Worker 接口类
 * @author luan louis
 */
public interface Worker{
    public void work();
}
package com.louis.jvm;
/**
 * Boss 类,makeMoney()方法 调用Worker 接口的work
 * @author louluan
 */
public class Boss {
    public void makeMoney(Worker worker)
    {
        worker.work();
    }
}

我们对Boss.class执行javap -v Boss,然后会看到如下信息:

如上图所示,在Boss类的makeMoney()方法中调用了Worker接口的work()方法,机器指令是通过invokeinterface指令完成的,invokeinterface指令后面的操作数,是指向了Boss常量池中Worker接口的work()方法描述,表示的意思就是:“我要调用Worker接口的work()方法”。
Worker接口的work()方法引用信息,JVM会使用CONSTANT_InterfaceMethodref_info结构体来描述,CONSTANT_InterfaceMethodref_info定义如下:

CONSTANT_InterfaceMethodref_info结构体和上面介绍的CONSTANT_Methodref_info 结构体很基本上相同,它们的不同点只有:
1.CONSTANT_InterfaceMethodref_info 的tag 值为11,而CONSTANT_Methodref_info的tag值为10;
2. CONSTANT_InterfaceMethodref_info 描述的是接口中定义的方法,而CONSTANT_Methodref_info描述的是实例类中的方法;

小试牛刀
关于方法的描述,完全相同CONSTANT_InterfaceMethodref_info和上述的CONSTANT_Methodref_info 结构体完全一致,这里就不单独为CONSTANT_InterfaceMethodref_info绘制结构图了,请读者依照CONSTANT_Methodref_info的描述,结合本例子关于Worker接口和Boss类的关系,使用javap -v Boss,查看常量池信息,然后根据常量池信息,自己动手绘制work() 方法在常量池中的结构。

NO12.CONSTANT_MethodType_infoCONSTANT_MethodHandle_infoCONSTANT_InvokeDynamic_info

如果你从我的《常量池详解》NO1节看到了NO11节,那么恭喜你,你已经学会了几乎所有的常量池项!只要你掌握了上述的常量池项,你就可以读懂你平常所见到的任何一个class文件的常量池了。
至于NO12所列出来的三项:CONSTANT_MethodType_info,CONSTANT_MethodHandle_info,CONSTANT_InvokeDynamic_info,我想对你说,暂时先不管它吧。
这三项主要是为了让Java语言支持动态语言特性而在Java 7 版本中新增的三个常量池项,只会在极其特别的情况能用到它,在class文件中几乎不会生成这三个常量池项。 其实我花了一些时间来研究这三项,并且想通过各种方式生成这三项,不过没有成功,最后搞的还是迷迷糊糊的。从我了解到的信息来看,Java 7对动态语言的支持很笨拙,并且当前没有什么应用价值,然后就对着三项的研究先放一放了。)
如果读者有兴趣了解这三项,建议读者搜索关于Java 7 动态语言特性方面的文章,推荐阅读:
探秘Java 7:JVM动态语言支持详解
执行篇:解析JDK 7的动态类型语言支持

作者:亦山

来源:https://blog.csdn.net/luanlouis/article/details/40301985


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