OpenJDK源码研究笔记(八)-详细解析如何读取Java字节码文件(.class)

在上一篇OpenJDK源码研究笔记(七)–Java字节码文件(.class)的结构中,我们大致了解了Java字节码文件的结构。

本篇详细地介绍了如何读取.class文件的大部分细节。

1.构造文件

 // 字节码文件User.class
  String userClass = "C:/User.class";
  File file = new File(userClass);

2.构造输入流

FileInputStream fin = new FileInputStream(file);

DataInputStream in= new DataInputStream(new BufferedInputStream(fin));

3.读取字节码文件(.class)的内容

3.1魔法数

//无符号4个字节
 int   magic = in.readInt();

3.2次版本号

//无符号2个字节
int minor_version = in.readUnsignedShort();

3.3主版本号

 //无符号2个字节
      int  major_version = in.readUnsignedShort();

3.4常量池的个数
//无符号2个字节
int count = cr.readUnsignedShort();

3.5常量池的内容

//CPInfo是常量池中的常量的类型，不能简单地把常量池中的类型理解为String类型

   CPInfo[]   pool = new CPInfo[count];
  for (int i = 1; i < count; i++) {
   // 常量池中常量的类型标记
   int tag = cr.readUnsignedByte();
   switch (tag) {
   // 类或接口的符号引用
   case CONSTANT_Class:
    pool[i] = new CONSTANT_Class_info(this, cr);
    break;
   // 双精度浮点型字面量
   case CONSTANT_Double:
    pool[i] = new CONSTANT_Double_info(cr);
    i++;
    break;
   // 字段的符号引用
   case CONSTANT_Fieldref:
    pool[i] = new CONSTANT_Fieldref_info(this, cr);
    break;
   // 浮点型字面量
   case CONSTANT_Float:
    pool[i] = new CONSTANT_Float_info(cr);
    break;
   // 整型字面量
   case CONSTANT_Integer:
    pool[i] = new CONSTANT_Integer_info(cr);
    break;
   // 接口方法的引用
   case CONSTANT_InterfaceMethodref:
    pool[i] = new CONSTANT_InterfaceMethodref_info(this, cr);
    break;
   // 动态调用指令
   case CONSTANT_InvokeDynamic:
    pool[i] = new CONSTANT_InvokeDynamic_info(this, cr);
    break;
   // 长整型字面量
   case CONSTANT_Long:
    pool[i] = new CONSTANT_Long_info(cr);
    i++;
    break;
   // 方法处理器
   case CONSTANT_MethodHandle:
    pool[i] = new CONSTANT_MethodHandle_info(this, cr);
    break;
   // 方法类型
   case CONSTANT_MethodType:
    pool[i] = new CONSTANT_MethodType_info(this, cr);
    break;
   // 方法引用
   case CONSTANT_Methodref:
    pool[i] = new CONSTANT_Methodref_info(this, cr);
    break;
   // 名字和类型
   case CONSTANT_NameAndType:
    pool[i] = new CONSTANT_NameAndType_info(this, cr);
    break;
   // 字符串
   case CONSTANT_String:
    pool[i] = new CONSTANT_String_info(this, cr);
    break;
   // Utf8编码的字符串
   case CONSTANT_Utf8:
    pool[i] = new CONSTANT_Utf8_info(cr);
    break;
   // 不合法的类型
   default:
    throw new InvalidEntry(i, tag);
   }
  }

构造细节

举一个例子，比如构造Double类型的常量结构CONSTANT_Double_info，就是在这个结构中保存一个Double的值。

此外，还维护了一些其它信息，这个结构的字节长度、类型标记。

其它一些结构，类似。

3.6访问标识符

 //无符号2个字节

    int access_flag= cr.readUnsignedShort()

3.7这个类在常量池中的下标

//无符号2个字节
     int   this_class = in.readUnsignedShort();

3.8这个类的父类在常量池中的下标

  //无符号2个字节
     int   super_class = in.readUnsignedShort();

3.9父接口的数量

//无符号2个字节

int int interfaces_count = cr.readUnsignedShort();

3.10父接口的内容

interfaces = new int[interfaces_count];

     for (int i = 0; i < interfaces_count; i++){

           //父接口的类型，无符号2个字节
            interfaces[i] = cr.readUnsignedShort();

    }

3.11字段的数量

//无符号2个字节

    int    int fields_count = cr.readUnsignedShort();

3.12字段的内容

fields = new Field[fields_count];
   for (int i = 0; i < fields_count; i++){
            fields[i] = new Field(cr);
   }

//一个字段Field有访问标识符、名字、描述符、属性

      access_flags = cr.readUnsignedShort();
        name_index = cr.readUnsignedShort();
        descriptor = cr.readUnsignedShort()

         attributes，封装了字段的更多详细信息

 3.13方法的数量，无符号2个字节

 int methods_count = cr.readUnsignedShort();

3.14方法的内容

 methods = new Method[methods_count];

   for (int i = 0; i < methods_count; i++)
            methods[i] = new Method(cr);

     //   一个方法Method有访问标识符、名字、描述符、属性

        access_flags = cr.readUnsignedShort();
        name_index = cr.readUnsignedShort();
        descriptor = cr.readUnsignedShort()

         attributes，封装了方法的更多详细信息

  

3.15属性的数量

 //无符号2个字节

        int attrs_count = cr.readUnsignedShort();

3.16属性的内容

Attribute[]  attrs = new Attribute[attrs_count];
        for (int i = 0; i < attrs_count; i++) {
               attrs[i] =  readAttribute();

         }

/**
  * 读取一个属性Attribute
  */
 public Attribute readAttribute() throws IOException {
  //名字的索引
  int name_index = readUnsignedShort();
  //属性内容的长度
  int length = readInt();
  byte[] data = new byte[length];
  //读取length个长度的字节信息到data中
  readFully(data);

  DataInputStream prev = in;
  in = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(data));
  try {
   //根据名字的索引、字节数组形式的内容构造一个Attribute对象
   return attributeFactory.createAttribute(this, name_index, data);
  } finally {
   in = prev;
  }
 }

4.总结

一个字节码文件(.class)几乎含有一个类或接口的所有信息。

这些信息虽然以二进制形式存在，但是它们的存储结构仍然是有规律的。

按照存储格式来依次读取相应的字节数目，就可以完整地解析一个字节码文件。

5.挑战极限

讲完了字节码文件的的结构和读取字节码文件的方法，有读者可能会问，字节码文件是怎么生成的？

我们写的Java程序都是文本格式的.java文件，它们是如何转换的呢？

其实，.java到.class的转换过程，就是Java编译器javac的主要功能。

Java编译器javac比较有难度，刚刚开始研究，如有心得体会和研究成功，一定第一时间分享出来。

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原文参见：http://FansUnion.cn/articles/2974