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JVM常量池中各數(shù)據(jù)項(xiàng)類型詳解

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關(guān)于常量池的大概內(nèi)容， 已經(jīng)在 深入理解 JVM Class文件格式（一） 中講解過了， 這篇文章中還介紹了常量池中的11種數(shù)據(jù)類型。 本文的任務(wù)是詳細(xì)講解這11種數(shù)據(jù)類型， 深度剖析源文件中的各種信息是以什么方式存放在常量池中的。

我們知道， 常量池中的數(shù)據(jù)項(xiàng)是通過索引來引用的， 常量池中的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)之間也會(huì)相互引用。在這11中常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)類型中， 有兩種比較基礎(chǔ)， 之所以說它們基礎(chǔ)， 是因?yàn)?strong>這兩種類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)會(huì)被其他類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)引用。 這兩種數(shù)據(jù)類型就是CONSTANT_Utf8 和 CONSTANT_NameAndType ， 其中CONSTANT_NameAndType類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)（CONSTANT_NameAndType_info）也會(huì)引用CONSTANT_Utf8類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)（CONSTANT_Utf8_info） 。 與其他介紹常量池的書籍或其他資料不同， 本著循序漸進(jìn)和先后分明的原則， 我們首先對(duì)這兩種比較基本的類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行介紹， 然后再依次介紹其他9種數(shù)據(jù)項(xiàng)。

（1） CONSTANT_Utf8_info

一個(gè)CONSTANT_Utf8_info是一個(gè)CONSTANT_Utf8類型的常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)， 它存儲(chǔ)的是一個(gè)常量字符串。
常量池中的所有字面量幾乎都是通過CONSTANT_Utf8_info描述的。下面我們首先講解CONSTANT_Utf8_info數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)格式。

在前面的文章中， 我們提到， 常量池中數(shù)據(jù)項(xiàng)的類型由一個(gè)整型的標(biāo)志值（tag）決定， 所以所有常量池類型的info中都必須有一個(gè)tag信息， 并且這個(gè)tag值位于數(shù)據(jù)項(xiàng)的第一個(gè)字節(jié)上。 一個(gè)11中常量池?cái)?shù)據(jù)類型， 所以就有11個(gè)tag值表示這11種類型。

而CONSTANT_Utf8_info的tag值為1， 也就是說如果虛擬機(jī)要解析一個(gè)常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)， 首先去讀這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的第一個(gè)字節(jié)的tag值， 如果這個(gè)tag值為1， 那么就說明這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)是一個(gè)CONSTANT_Utf8類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 緊挨著tag值的兩個(gè)字節(jié)是存儲(chǔ)的字符串的長度length， 剩下的字節(jié)就存儲(chǔ)著字符串。 所以， 它的格式是這樣的：

其中tag占一個(gè)字節(jié)， length占2個(gè)字節(jié)， bytes代表存儲(chǔ)的字符串， 占length字節(jié)。所以， 如果這個(gè)CONSTANT_Utf8_info存儲(chǔ)的是字符串"Hello"， 那么他的存儲(chǔ)形式是這樣的：

現(xiàn)在我們知道了CONSTANT_Utf8_info數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)形式， 那么CONSTANT_Utf8_info數(shù)據(jù)項(xiàng)都存儲(chǔ)了什么字符串呢？ CONSTANT_Utf8_info可包括的字符串主要以下這些：

• 程序中的字符串常量
• 常量池所在當(dāng)前類（包括接口和枚舉）的全限定名
• 常量池所在當(dāng)前類的直接父類的全限定名
• 常量池所在當(dāng)前類型所實(shí)現(xiàn)或繼承的所有接口的全限定名
• 常量池所在當(dāng)前類型中所定義的字段的名稱和描述符
• 常量池所在當(dāng)前類型中所定義的方法的名稱和描述符
• 由當(dāng)前類所引用的類型的全限定名
• 由當(dāng)前類所引用的其他類中的字段的名稱和描述符
• 由當(dāng)前類所引用的其他類中的方法的名稱和描述符
• 與當(dāng)前class文件中的屬性相關(guān)的字符串， 如屬性名等

總結(jié)一下， 其中有這么五類：

• 程序中的字符串常量
• 類型的全限定名
• 方法和字段的名稱
• 方法和字段的描述符
• 屬性相關(guān)字符串

程序中的字符串常量不用多說了， 我們經(jīng)常使用它們創(chuàng)建字符串對(duì)象，
屬性相關(guān)的字符串， 等到講到class中的屬性信息（attibute）時(shí)自會(huì)提及。
方法和字段的名稱也不用多說了 。
剩下的就是類型的全限定名，方法和字段的描述符， 這就是上篇文章中提及的"特殊字符串"， 不熟悉的同學(xué)可以先讀一下上篇文章 深入理解 JVM Class文件格式（二） 。

還有一點(diǎn)需要說明， 類型的全限定名， 方法和字段的名稱， 方法和字段的描述符， 可以是本類型中定義的， 也可能是本類中引用的其他類的。

下面我們通過一個(gè)例子來進(jìn)行說明。 示例源碼：

package com.jg.zhang;public class Programer extends Person {static String company = "CompanyA";static{System.out.println("staitc init");}String position;Computer computer;public Programer() {this.position = "engineer";this.computer = new Computer();}public void working(){System.out.println("coding...");computer.working();} }

別看這個(gè)類簡單， 但是反編譯后， 它的常量池有53項(xiàng)之多。 在這53項(xiàng)常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)中， 各種類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)都有， 當(dāng)然也包括不少的CONSTANT_Utf8_info 。 下面只列出反編譯后常量池中的CONSTANT_Utf8_info 數(shù)據(jù)項(xiàng)：

#2 = Utf8 com/jg/zhang/Programer //當(dāng)前類的全限定名 #4 = Utf8 com/jg/zhang/Person //父類的全限定名 #5 = Utf8 company //company字段的名稱 #6 = Utf8 Ljava/lang/String; //company和position字段的描述符 #7 = Utf8 position //position字段的名稱 #8 = Utf8 computer //computer字段的名稱 #9 = Utf8 Lcom/jg/zhang/Computer; //computer字段的描述符 #10 = Utf8 <clinit> //類初始化方法（即靜態(tài)初始化塊）的方法名 #11 = Utf8 ()V //working方法的描述符 #12 = Utf8 Code //Code屬性的屬性名 #14 = Utf8 CompanyA //程序中的常量字符串 #19 = Utf8 java/lang/System //所引用的System類的全限定名 #21 = Utf8 out //所引用的out字段的字段名 #22 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; //所引用的out字段的描述符 #24 = Utf8 staitc init //程序中的常量字符串 #27 = Utf8 java/io/PrintStream //所引用的PrintStream類的全限定名 #29 = Utf8 println //所引用的println方法的方法名 #30 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V //所引用的println方法的描述符 #31 = Utf8 LineNumberTable //LineNumberTable屬性的屬性名 #32 = Utf8 LocalVariableTable //LocalVariableTable屬性的屬性名 #33 = Utf8 <init> //當(dāng)前類的構(gòu)造方法的方法名 #41 = Utf8 com/jg/zhang/Computer //所引用的Computer類的全限定名 #45 = Utf8 this //局部變量this的變量名 #46 = Utf8 Lcom/jg/zhang/Programer; //局部變量this的描述符 #47 = Utf8 working //woking方法的方法名 #49 = Utf8 coding... //程序中的字符串常量 #52 = Utf8 SourceFile //SourceFile屬性的屬性名 #53 = Utf8 Programer.java //當(dāng)前類所在的源文件的文件名

上面只列出了反編譯結(jié)果中常量池中的CONSTANT_Utf8_info數(shù)據(jù)項(xiàng)。 其中第三列不是javap反編譯的輸出結(jié)果， 而是我加上的注釋。 讀者可以對(duì)比上面的程序源碼來看一下， 這樣的話， 就可以清楚的看出， 源文件中的各種字符串， 是如何和存放到CONSTANT_Utf8_info中的。

這里要強(qiáng)調(diào)一下， 源文件中的幾乎所有可見的字符串都存放在CONSTANT_Utf8_info中， 其他類型的常量池項(xiàng)只不過是對(duì)CONSTANT_Utf8_info的引用。 其他常量池項(xiàng)， 把引用的CONSTANT_Utf8_info組合起來， 進(jìn)而可以描述更多的信息。 下面將要介紹的CONSTANT_NameAndType_info就可以驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。

（2） CONSTANT_NameAndType類型的數(shù)據(jù)項(xiàng)

常量池中的一個(gè)CONSTANT_NameAndType_info數(shù)據(jù)項(xiàng)， 可以看做CONSTANT_NameAndType類型的一個(gè)實(shí)例 。 從這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱可以看出， 它描述了兩種信息，第一種信息是名稱（Name）， 第二種信息是類型（Type） 。 這里的名稱是指方法的名稱或者字段的名稱， 而Type是廣義上的類型， 它其實(shí)描述的是字段的描述符或方法的描述符。 也就是說， 如果Name部分是一個(gè)字段名稱， 那么Type部分就是相應(yīng)字段的描述符； 如果Name部分描述的是一個(gè)方法的名稱， 那么Type部分就是對(duì)應(yīng)的方法的描述符。 也就是說， 一個(gè)CONSTANT_NameAndType_info就表示了一個(gè)方法或一個(gè)字段。

下面先看一下CONSTANT_NameAndType_info數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)格式。 既然是常量池中的一種數(shù)據(jù)項(xiàng)類型， 那么它的第一個(gè)字節(jié)也是tag， 它的tag值是12， 也就是說， 當(dāng)虛擬機(jī)讀到一個(gè)tag為12的常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)， 就可以確定這個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)是一個(gè)CONSTANT_NameAndType_info 。 tag值以下的兩個(gè)字節(jié)叫做name_index， 它指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info， 這個(gè)CONSTANT_Utf8_info中存儲(chǔ)的就是方法或字段的名稱。 name_index以后的兩個(gè)字節(jié)叫做descriptor_index， 它指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info， 這個(gè)CONSTANT_Utf8_info中存儲(chǔ)的就是方法或字段的描述符。 下圖表示它的存儲(chǔ)布局：

下面舉一個(gè)實(shí)例進(jìn)行說明， 實(shí)例的源碼為：

package com.jg.zhang;public class Person {int age;int getAge(){return age;} }

常量池一共有21項(xiàng)， 我們可以看到， 一共有兩個(gè)CONSTANT_NameAndType_info 數(shù)據(jù)項(xiàng)， 分別是第#11項(xiàng)和第#19項(xiàng)， 其中第#11項(xiàng)的CONSTANT_NameAndType_info又引用了常量池中的第#7項(xiàng)和第#8項(xiàng)， 被引用的這兩項(xiàng)都是CONSTANT_Utf8_info ， 它們中存儲(chǔ)的字符串常量值分別是 和 （）V。

其實(shí)他們加起來表示的就是父類Object的構(gòu)造方法。 那么這里為什么會(huì)是父類Object的構(gòu)造方法而不是本類的構(gòu)造方法呢？
這是因?yàn)轭愔卸x的方法如果不被引用（也就是說在當(dāng)前類中不被調(diào)用）， 那么常量池中是不會(huì)有相應(yīng)的 CONSTANT_NameAndType_info 與之對(duì)應(yīng)的， 只有引用了一個(gè)方法， 才有相應(yīng)的CONSTANT_NameAndType_info 與之對(duì)應(yīng)。

這也是為什么說CONSTANT_NameAndType_info 是方法的符號(hào)引用的一部分的原因。 （這里提到一個(gè)新的概念， 叫做方法的符號(hào)引用， 這個(gè)概念會(huì)在后面的博客中進(jìn)行講解）

可以看到， 在源碼存在兩個(gè)方法， 分別是編譯器默認(rèn)添加的構(gòu)造方法和我們自己定義的getAge方法， 因?yàn)椴]有在源碼中顯示的調(diào)用這兩個(gè)方法，所以在常量池中并不存在和這兩個(gè)方法相對(duì)應(yīng)的CONSTANT_NameAndType_info 。
之所以會(huì)存在父類Object的構(gòu)造方法對(duì)應(yīng)的CONSTANT_NameAndType_info ， 是因?yàn)樽宇悩?gòu)造方法中會(huì)默認(rèn)調(diào)用父類的無參數(shù)構(gòu)造方法。 我們將常量中的其他信息去掉， 可以看得更直觀：

下面講解常量池第#19項(xiàng)的CONSTANT_NameAndType_info ， 它引用了常量池第#5項(xiàng)和第#6項(xiàng)， 這兩項(xiàng)也是CONSTANT_Utf8_info 項(xiàng)， 其中存儲(chǔ)的字符串分別是age和I， 其中age是源碼中字段age的字段名， I是age字段的描述符。 所以這個(gè)CONSTANT_NameAndType_info 就表示對(duì)本類中的字段age的引用。 除去常量池中的其他信息， 可以看得更直觀：

和方法相同， 只定義一個(gè)字段而不引用它（在源碼中表現(xiàn)為不訪問這個(gè)變量）， 那么在常量池中也不會(huì)存在和該字段相對(duì)應(yīng)的CONSTANT_NameAndType_info 項(xiàng)。這也是為什么說CONSTANT_NameAndType_info作為字段符號(hào)引用的一部分的原因。 （這里提到一個(gè)新的概念， 叫做字段的符號(hào)引用， 這個(gè)概念會(huì)在后面的博客中進(jìn)行講解） 在本例中之所以會(huì)出現(xiàn)這個(gè)CONSTANT_NameAndType_info ， 是因?yàn)樵谠创a的getAge方法中訪問了這個(gè)字段：

int getAge(){return age;}

下面給出這兩個(gè)CONSTANT_NameAndType_info真實(shí)的內(nèi)存布局圖：

和Object構(gòu)造方法相關(guān)的CONSTANT_NameAndType_info的示意圖：

和age字段相關(guān)的CONSTANT_NameAndType_info示意圖：

這兩張圖能夠很好的反映出CONSTANT_NameAndType_info和CONSTANT_Utf8_info 這兩種常量池?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式， 也能夠真實(shí)的反應(yīng)CONSTANT_NameAndType_info和CONSTANT_Utf8_info 的引用關(guān)系。

總結(jié)

本篇博客就到此為止， 在本文中我們主要介紹了常量池中的兩種數(shù)據(jù)項(xiàng)： CONSTANT_NameAndType_info 和 CONSTANT_Utf8_info 。 其中CONSTANT_Utf8_info存儲(chǔ)的是源文件中的各種字符串， 而CONSTANT_NameAndType_info表述的是源文件中對(duì)一個(gè)字段或方法的符號(hào)引用的一部分（即 方法名加方法描述符， 或者是 字段名加字段描述符）。在下一篇博客中， 繼續(xù)講解常量池中的其他類型的數(shù)據(jù)項(xiàng) 。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解 JVM Class文件格式（三）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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