转载

深入理解Java虚拟机笔记---属性表集合

在Class文件,字段表,方法表中都可以携带自己的属性表集合,以用于描述某些场景专有的信息。与Class文件中其它的数据项目要求的顺序、长度和内容不同,属性表集合的限制稍微宽松一些,不再要求各个属性表具有严格的顺序,并且只要不与已有的属性名重复,任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信息,Java虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性。为了能正确地解析Class文件,《Java虚拟机规范(第二版)》中预定义了9荐虚拟机实现应当能识别的属性,具体如下表所示:

file

对于每个属性,它的名称需要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量表来表示,而属性值的结构则是完全自定义的,只要说明属性值所占用的位数长度即可。一个符合规则的属性表应该满足如下表定义的结构:

file

1.Code属性

Java程序方法体里的代码经过Javac编译器处理之后,最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合中,但并非所有方法都必须存在这个属性表,譬如接口或抽象类中的抽象方法就不存在Code属性,如果方法有Code属性表存在,那么它的结构如下表:

file

attribute_name_index是一项指向CONSTANT_Utf8_info常量表的索引,常量值固定为“Code”,它代表了该属性的属性名称,attribute_length指示了属性值的长度,由于属性名称索引与属性长度一共是6个字节,所以属性值的长度固定为整个属性表的长度减去6个字节。
max_stack代表了操作数栈(Operand Stacks)的最大深度。在方法执行的任意时刻,操作数栈都不会超过这个深度。虚拟机运行的时候需要根据这个值来分配栈帧(Frame)中的操作数栈深度。
max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。在这里,max_locals的单位是Slot,Slot是虚拟机为局部变量表分配内存所使用的最小单位。对于byte,char,float,int,shot,boolean,reference和returnAddress等长度不超过32位的数据类型,每个局部变量占1个Slot,而double与long这两种64位的数据类型而需要2个Slot来存放。方法参数(包括实例方法中的隐藏参数“this”),显示异常处理器的参数(Exception Handler Parameter,即try-catch语句中catch块所定义的异常),方法体中定义的局部变量都需要使用局部表来存放。另外,并不是在方法中使用了多个局部变量,就把这些局部变量所占的Slot之和作为max_locals的值,原因是局部变量表中的Slot可以重用,当代码执行超出一个局部变量的作用域时,这个局部变量所在的Slot就可以被其他局部变量所使用,编译器会根据变量的作用域来分类Slot并分配给各个变量使用,然后计算出max_locals的大小。

code_length和code用来存储Java源程序编译后生成的字节码指令。code_length代表字节码长度,code是用于存储字节码指令的一系列字节流。既然名为字节码指令,那么每个指令就是一个u1类型的单字节,当虚拟机读取到code中的一个字节码时,就可相应地找出这个字节码代表的是什么指令,并且可以知道这条指令后面是否需要跟随参数,以及参数应该如何理解。
关于code_length还有一件值得注意的事情,虽然它是一个u4类型的长度值,理论上最大值可以达到2的32次方减1,但虚拟机规范中限制了一个方法不允许超过65535条字节码指令,如果超过这个限制,Javac编译器就会拒绝编译。一般来讲,只要我们写Java代码时不是刻意地编写超长的方法,就不会超过这个最大值限制。但是,在编译复杂的JSP文件中,可以会因为这个原因导致编译失败。
Code属性是Class文件中最重要的一个属性,如果表一个Java程序中的信息分为代码(Code,方法体里的Java代码)和元数据(Metadata,包括类、字段、方法定义及其它信息)两部分,那么在整个Class文件里,Code属性用于描述代码,其它的所有数据项目就都用于描述元数据。
在字节码指令之后的是这个方法的显示异常处理表,异常表对于Code属性表来说不是必须存在的。异常表的格式如下表:

file

异常表它包含4个字段,这些字段的含义为:如果字节码从第start_pc到end_pc行之间(不包含第end_pc)行出现了类型为catch_type或其子类的异常(catch_type为指向一个CONSTANT_Class_info型常量的索引),则转到第handler_pc行继续处理。当catch_type的值为0时,代表任何的异常情况都需要转向到handler_pc行行进行处理。异常表实际上是Java代码的一部分,编译器使用异常表而不是简单的跳转命令来实现Java异常及finally处理机制。注:字节码的“行”是一种形象的描述,指的是字节码相对于方法体开始的偏移量,而不是Java源代码的行号。

2.Exceptions属性

这里的Exceptions属性是在方法表中与Code属性平级的一项属性,而不是Code属性表中的异常属性表。Exceptions属性表的作是列举出方法中可能抛出的受查检(Checked Exception),也就是在方法描述时在throws关键字后面列举的异常。它的结构如下表:

file

此属性表中的number_of_exceptions项表示访求可能抛出number_of_exceptions种受检查异常,每一种受检查异常使用一个exception_index_table项表示,为指向常量池中CONSTANT_Class_info型常量表的索引,代表了该受检查异常的类型。

3.LineNumberTable属性

LineNumberTable属性用于描述Java源代码行号与字节码行号(字节码偏移量)之间的对应关系。它并不是运行时必须的属性,但默认会生成到Class文件之中,可以在Javac中使用-g:none或-g:lines选项来取消或要求生成这项信息。如果选择不生成LineNumberTable属性表,对程序运行产生的最主要的影响就是在抛出异常时,堆栈中将不会显示出错的行号,并且在调试程序的时候无法按照源码来设置断点。LineNumberTable属性表结构如下表:

file

line_number_table是一个数量为line_number_table_length,类型为line_number_info的集合,line_number_info表包括了start_pc和line_number两个u2类型的数据项,前者是字节码行号,后者是Java源码行号。

4.LocalVariableTable属性

LocalVariableTable属性表用于描述栈帧中局部变量表中的变量与Java源码中定义的变量之间的关系,它不是运行时必须的属性,默认也不会生成到Class文件之中,可以使用-g:none或-g:vars选项来取消或要求生成这项信息。如果没有生成这项属性,最大的影响就是当其它人引用这个方法时,所有参数名称都丢失,IDE可能会使用诸如arg0、arg1之类的占位符来替换原有的参数名称,这对程序运行没有影响,但是会给代码编写带来较大的不便,而且在调试期间无法根据参数名称从运行上下文件中获取参数值。LocalVariableTable属性表结构如下:

file

其中local_variable_info项目代表了一个栈帧与源码中的局部变量的关联,结构如下:

file

index是这个局部变量在栈帧局部变量表中的Slot位置。当这个变量的数据类型是64位时(double和long),它占用的Slot为index和index+1两个位置。
在JDK1.5引入了泛型之后,LocalVariableTable属性增加了一个“姐妹”属性:LocalVaiableTypeTable,这个新增加的属性结构与LocalVariableTable属性非常相似,仅仅是把记录字段描述符的descript_index替换成了字段的特征签名(Singnature),对于非泛型类型来说,描述符的参数化类型被擦除掉了,描述符就不能准确地描述泛型类型了,因此出现了LocalVariableTypeTable属性。

5.SourceFile属性

SourceFile属性用于记录这生成这个Class文件的源码文件名称。这个属性也是可选的,可以使用-g:none或-g:source选项来取消或要求生成这项信息。在Java中,对于大多数的类来说,类名和文件是一致的,但有一些特殊情况(如内部类)例外。如果不生成这项属性,当招聘异常时,堆栈中半不会显示出错误代码所属性文件名。这个属性是一个室长的属性,结构如下:

file

sourcefile_index数据项是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引,常量值是源文件的文件名。

6.ConstantValue属性

ConstantValue属性的作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量才可以使用这项属性。在Java程序里类类似“int x = 123“和”static int x = 123”这样的变量定义非常常见,但虚拟机对这两种变量赋值的方法和时刻有所不同。对于非static类型的变量(也就是实例变量)的赋值是在实例构造器方法中进行的;对于类变量,则有两种式可以选择:赋值在类构造器方法中进行,或者使用ConstantValue属性来赋值。目前Sun Javac编译器的选择是:如果同时使用final和static来修改一个变量,并且这个变量的数据类型是基本类型或java.lang.String的话,就生成ConstantValue属性来进行初始化,如果这个变量没有被final修饰,或者并非基本类型或字符串,则选择在类构造器中进行初始化。ConstantValue属性表结构如下:

file

ConstantValue属性是一个定长属性,它的attribute_length数据项值必须为2。constantvalue_index数据项代表了常量池中一个字面常量的引用,根据字段类型不同,字面量可以是CONSTANT_Long_info,CONSTANT_Float_info,CONSTANT_Double_info,CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_String_info常量中的一种。

7.InnerClasses属性

InnerClasses属性表用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类,那么编译器将会为它及它所包含的内部类生成InnerClasses属性表。表结构如下:

file

数据项number_of_classes代表需要记录多少个内部类信息,每一个内部类的类的信息都由一个inner_class_info表进行描述。inner_class_info表结构如下:

file

inner_class_info_index和outer_class_info_index都是指向常量池中CONSTANT_Class_infon常量的索引,分别代表了内部类和宿主类的符号引用。inner_name_index是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引,代表这个内部类的名称,如果是匿名内部类,则这项值为0。inner_class_access_flags是内部类的访问标志,类型于类的access_flags,它的取值范围如下表:

file

8.Deprecated及Synthetic属性

Deprecated及Synthetic属性都属性于标志类型的布尔值属性,只存在有和没有的区别,没有属性值的概念。
Deprecated属性用于表示某个类,字段或方法,已经被程序作者定为不再推荐使用,它可以通过代码中使用@Deprecated注解进行设置。
Synthetic属代表此字段或方法并不是由Java源码直接产生的,而是由编译器自行添加的,在JDK1.5之后,标识一个类,字段或方法是编译器自动产生的,也可以设置它们访问标志中的ACC_SYNTHETIC标志位,其中最典型的就是Bridge Method。所有非用户代码生产的类,方法及字段都应当至少设置Synthetic属性和ACC_SYNTHETIC标志位中的一项,唯一的例外是实例构造器“”方法和类构造器“<clinit”方法。

Deprecated及Synthetic属性表结构如下:

file

其中attribute_length数据项的值必须为0,因为没有任何属性值需要设置。

在JDK1.5和JDK1.6中一共增加了10项属性,具体如下:

file

正文到此结束
本文目录