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Java Class文件詳解 認識java的Class類

編輯:更多關於編程

       Class 類是在Java語言中定義一個特定類的實現。一個類的定義包含成員變量,成員方法,還有這個類實現的接口,以及這個類的父類。Class類的對象用於表示當前運行的 Java 應用程序中的類和接口。 比如:每個數組均屬於一個 Class 類對象,所有具有相同元素類型和維數的數組共享一個Class 對象。基本的 Java 類型(boolean, byte, char, short, int, long, float 和 double) 和 void 類型也可表示為 Class 對象。

      一,class類有什麼用?

      class類的實例表示java應用運行時的類(class ans enum)或接口(interface and annotation)(每個java類運行時都在JVM裡表現為一個class對象,可通過類名.class,類型.getClass(),Class.forName("類名")等方法獲取class對象)。數組同樣也被映射為為class 對象的一個類,所有具有相同元素類型和維數的數組都共享該 Class 對象。基本類型boolean,byte,char,short,int,long,float,double和關鍵字void同樣表現為 class 對象。

      二,class類的特征

      class類沒有公有的構造方法,它由JVM自動調用(在new對象或者加載-classLoader時)。

      下面的方法作用是打印出對象的class name:

      void printClassName(Object obj) {

      System.out.println("The class of " + obj +

      " is " + obj.getClass().getName());

      }

      同樣可以根據class literal 獲得class name:

      System.out.println("The name of class Foo is: "+Foo.class.getName());//你可以將Foo改為void嘗試下。

      三,class的主要方法

      class類的方法還是挺多的。主要是用於得到運行時類的相關信息(可用於反射)。

      重要的幾個方法:

      1, public static Class forName(String className) :natice 方法,動態加載類。非常重要。

      如在sql中動態加載驅動程序:class.forName(sqlDriver);

      2,public T newInstance() :根據對象的class新建一個對象,用於反射。非常重要。

      可用在反射中構建對象,調用對象方法:

      class doubleClass= class.forName("java.lang.Double");

      Object objDouble = doubleClass.newInstance();

      如在javaBean中就應用了這個方法,因為java默認要有一個無參構造函數。

      3, public ClassLoader getClassLoader() :獲得類的類加載器Bootstrap ,Extension ,System or user custom ClassLoader(一般為system classloader)。重要。

      4,public String getName() :獲取類或接口的名字。記住enum為類,annotation為接口。重要

      5,public native Class getSuperclass():獲取類的父類,繼承了父類則返回父類,否則返回java.lang.Object。返回Object的父類為空-null。一般

      6,public java.net.URL getResource(String name) :根據字符串獲得資源。

      7,其他類

      public boolean isEnum() :判斷是否為枚舉類型。

      public native boolean isArray() :判斷是否為數組類型。

      public native boolean isPrimitive() :判斷是否為基本類型。

      public boolean isAnnotation() :判斷是否為注解類型。

      public Package getPackage() :反射中獲得package,如java.lang.Object 的package為java.lang。

      public native int getModifiers() : 反射中獲得修飾符,如public static void等 。

      public Field getField(String name):反射中獲得域成員。

      public Field[] getFields() :獲得域數組成員。

      public Method[] getMethods() :獲得方法。

      public Method getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes):加個Declared代表本類,繼承,父類均不包括。

      public Constructor[] getConstructors() :獲得所有的構造函數。

      如此我們可以知道反射可以運行時動態獲得類的所有信息,並新建對象(newInstance()方法)。

      Class文件中包含以下信息:

      [+]view code

      1. 通過實例來看

      [+]view code

      我們使用WinHex查看Sub類的.class文件:

    Java Class文件詳解 認識java的Class類 三聯

      2. 魔數

      作用:確定該文件是否是虛擬機可接受的class文件。java的魔數統一為 0xCAFEBABE (來源於一款咖啡)。

      區域:文件第0~3字節。

      3. 版本號

      作用:表示class文件的版本,由minorversion和majorversion組成。

      區域:文件第4~7字節。

      如

      51代表,jdk為1.7.0

      需要注意的是java版本號是從45開始的,大版本發布,主版本號+1.高版本的jdk能向下兼容以前版本的class文件,但不兼容以後版本的class文件。

      4. 常量池

      常量池的大小是不固定的,根據你的類中的常量的多少而定,所以在常量池的入口,放置了一個u2類型的表示常量池中常量個數的常量池容量計數器。計數器從1開始,第0位有特殊含義,表示指向常量池的索引值數據不引用任何一個常量池項目。池中的數據項就像數組一樣是通過索引訪問的。

      我們可以清楚的看到,我們常量池中有63-1=62個常量。這些常量是什麼呢?

      要存放字面量Literal和符號引用Symbolic References。

      字面量可能是文本字符串,或final的常量值。

      符號引用包括以下:

      類或接口全限定名 Full Qualified Name

      字段名稱和描述符 Descriptor

      方法名稱和描述符

      我們使用反編譯工具查看一下:

      [+]view code

      常量池中的項目類型如下:

      CONSTANT_Utf8_info tag標志位為1, UTF-8編碼的字符串

      CONSTANT_Integer_info tag標志位為3, 整形字面量

      CONSTANT_Float_info tag標志位為4, 浮點型字面量

      CONSTANT_Long_info tag標志位為5, 長整形字面量

      CONSTANT_Double_info tag標志位為6, 雙精度字面量

      CONSTANT_Class_info tag標志位為7, 類或接口的符號引用

      CONSTANT_String_info tag標志位為8,字符串類型的字面量

      CONSTANT_Fieldref_info tag標志位為9, 字段的符號引用

      CONSTANT_Methodref_info tag標志位為10,類中方法的符號引用

      CONSTANT_InterfaceMethodref_info tag標志位為11, 接口中方法的符號引用

      CONSTANT_NameAndType_info tag 標志位為12,字段和方法的名稱以及類型的符號引用

      5. 類或接口訪問標志

      表示類或者接口方面的訪問信息,比如Class表示的是類還是接口,是否為public、static、final等。,下面我們就來看看TestClass的訪問標示。Class的訪問標志值為0x0021:

      根據前面說的各種訪問標示的標志位,我們可以知道:0x0021=0x0001|0x0020 也即ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER為真,其中ACC_PUBLIC大家好理解,ACC_SUPER是jdk1.2之後編譯的類都會帶有的標志。

      6. 類索引、父類索引與接口索引集合

      Class文件中由這3項數據來確定類的繼承關系。

      類索引和父類索引都是指向常量池中的常量索引:

      緊接著後面是一個接口的計數器和接口描述符:

      7. 字段表集合

      作用:描述接口或者類中聲明的類變量以及實例變量,不包括方法中的局部變量。

      緊接著接口索引集合之後的2字節是字段計數器:

      表示我們類中有3個字段,這裡便是subInt、subString、subObject 3個字段。緊接其後的是字段表,字段表結構為:

      [+]view code

      access_flags項的值是用於定義字段被訪問權限和基礎屬性的掩碼標志。取值范圍如下表:

      描述符標識字符含義:

      V 表示特殊類型void。

      對於數組類型,每一個維度將使用一個前置的”["字符來描述,如一個定義的"java.lang.String[][]“類型的二維數組,將被記錄為:”[[Ljava/lang/String;",一個整型數組"int[]“將被記錄為”[I"

      父類中的字段不會出現在子類的字段表中。

      8. 方法表集合

      字段表集合結束後便是方法表集合。

      作用:描述該類中的方法。

      和字段表一樣,使用一個u2類型的方法計數器,記錄該類中方法的個數。

      表示我們的類中有9個方法。

      方法表的結構如下圖所示

      其中name_index和descriptor_index表示的是方法的名稱和描述符,他們分別是指向常量池的索引。這裡需要結解釋一下方法的描述符,方法的描述符的結構為:(參數列表)返回值,比如public int instanceMethod(int param)的描述符為:(I)I,表示帶有一個int類型參數且返回值也為int類型的方法,方法java.lang.String.toString()的描述符為"()Ljava/lang/String;",int IndexOf(char[] source,int sourceOffset,int sourceCount,char[] target int targetOffset,int targetCount,int fromIndex) 表示為([CII[CII)I。接下來就是屬性數量以及屬性表了,方法表和字段表雖然都有 屬性數量和屬性表,但是他們裡面所包含的屬性是不同。

      如果父類方法在子類中沒有被重寫(@Override),方法表中就不會出現來自父類的方法信息。

      9. 屬性表集合

      上面的方法表中我們就看到方法有一個Code的屬性。在本節我們將闡述這些屬性:

      Code屬性:

      該屬性裡主要存放由javac編譯器處理後得到的字節碼指令。

      其中attribute_name_index指向常量池中值為Code的常量,attribute_length的長度表示Code屬性表的長度(這裡 需要注意的時候長度不包括attribute_name_index和attribute_length的6個字節的長度)。

      max_stack表示最大棧深度,虛擬機在運行時根據這個值來分配棧幀中操作數的深度,而max_locals代表了局部變量表所需的存儲空間。

      max_locals的單位為slot,slot是虛擬機為局部變量分配內存的最小單元,在運行時,對於不超過32位類型的數據類型,比如 byte,char,int等占用1個slot,而double和Long這種64位的數據類型則需要分配2個slot,另外max_locals的值並不是所有局部變量所需要的內存數量之和,因為slot是可以重用的,當局部變量超過了它的作用域以後,局部變量所占用的slot就會被重用。方法參數、顯示異常處理器的參數、方法體中定義的局部變量都要使用局部變量表來存放。

      code_length代表了字節碼指令的數量,而code表示的是字節碼指令,從上圖可以知道code的類型為u1,一個u1類型的取值為0x00-0xFF,對應的十進制為0-255,目前虛擬機規范已經定義了200多條指令。

      exception_table_length以及exception_table分別代表方法對應的異常信息。

      attributes_count和attribute_info分別表示了Code屬性中的屬性數量和屬性表,從這裡可以看出Class的文件結構中,屬性表是很靈活的,它可以存在於Class文件,方法表,字段表以及Code屬性中。

      修改一下Sub中的InterB方法:

      [+]view code

      大家不妨先猜一下這個函數的結果是什麼?假如在try塊中發生異常,結構又是什麼?我相信對Java語言熟悉的朋友,肯定知道答案。

      使用反編譯工具查看:

      [+]view code

      從 args_size=2這條反編譯代碼,我們可以知道,在public int interB(int i)這個方法中有6個局部變量,2個參數,可是我們的函數中明明只有一個參數麼……這是因為編譯器會為每一個實例函數包括構造器添加一個參數this,在JVM調用該方法的時候會該形參傳遞一個實參—方法所在對象的自身。

      Exception table:

      from to target type

      2 9 14 Class java/lang/Exception

      2 9 25 any

      14 20 25 any

      上表表頭表示,當字節碼在form行到to行(不包括to行)出現類型為type的異常,則轉到第target行繼續處理。

      從方法的異常表中,我們可以看到這個函數有3條執行路徑:

      這裡我們插入闡述一下LineNumberTable表的含義:它表示Java源碼行號與字節碼行號之間的對應關系。

      對照上圖,我們能清晰的看出這3條路徑。

      知道了該方法執行的3條路徑,我們也就知道剛才我們的那個問題有3個答案:沒有異常是為x+i;try塊中出現Exception類型的錯誤時,返回-1;出現Exception以外的任何異常方法非正常結束,沒有返回值。

      LocalVariableTable:

      Start Length Slot Name Signature

      0 32 0 this Lcom/gissky/clazz/Sub;

      0 32 1 i I

      2 30 2 x I

      15 10 3 e Ljava/lang/Exception;

      LocalVariableTable表示局部變量表,描述方法中局部變量。

      如果你對返回的答案能理解的話,那麼我相信你也肯定知道,我們函數中只有4個參數,但max_locals卻等於6。不懂的話仔細看一下Code中字節碼的執行過程變可以理解了。

      一個方法在執行時需要多大的局部變量空間在編譯時期就知道了,方法執行期間不會改變局部變量表的大小。

      Signature 屬性:

      該屬性是在JDK1.5新增的。該屬性可用於類、屬性表和方法表結構的屬性表中。使用泛型簽名如果包含了類型變量(Type Variables)或參數化類型(Parameterized Types),則Signature 屬性會為它記錄泛型簽名信息。當我們要泛型類中拿到泛型的實際類型的時候非常有用。

      實例:

      在使用Hibernate時,我習慣將為Dao層封裝一個泛型基類,來放置一些通用的方法,而Hibernate有很多方法都要傳遞一個POJO的類型,然後進行查詢,如load方法。我們構建這樣的一個基類:

      public abstract class BaseDaoImpl extends HibernateDaoSupport implements BaseDao

      那麼load中要使用的POJO類型便是T的實際類型。怎麼來那倒這個屬性呢?這裡邊要使用到Signature屬性了。

      [+]view code

      這時,getById中就可以直接使用了:

      public T getById(PK id) {

      return (T) getHibernateTemplate().load(entityClass, id);

      }

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