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

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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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OpenJDK源码研究笔记(七)–Java字节码文件(.class)的结构

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