JVM之類文件結構——上篇（常量池）

Java語言之所以強大的一個原因就在於它具有跨平臺性，Java源文件被編譯後的結果不是本地機器碼(與機器平臺相關聯)而是字節碼（與機器平臺無關），然後由JVM將字節碼去加載並執行它。
那麼Java的字節碼文件到底長什麼樣？
下面就是我們程序員入門的HelloWorld程序的Class文件
源文件

public class HelloWorld{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello World");
    }
}

Class文件

這裏我是用的WinHex軟件打開的，把在磁盤上的文件裏的二進制轉化爲十六進制顯示出來了
大家可能看的一頭霧水，這到底是是什麼呀，全是一些數字，完全不知道什麼意思，先不要着急，前面的圖大概認識一下就行了，接下來我們對照着Java虛擬機規範，就很容易理解每一個數字代表的含義了。
首先我們看前四個字節，也就是下圖：

我們可以看到，是0xCAFEBABE,這個稱之爲魔數，每一個class文件都會有這個東西，這個數字非常有意思，就是咖啡寶貝的意思，非常容易記憶，那麼這個數字有什麼作用，其實就是一個標誌，如果一個文件的頭部有了這個0xCAFEBABE這個信息，我就認爲你是一個class文件。
接下來的四個字節就是版本號了，前面的兩個字節是次版本號，後面的兩個字節是主版本號

我們可以看到，次版本號的值是0x0000,而主版本號是0x0033,這裏使用的是大端法（低地址在高位[和人類閱讀的習慣相同]），所以，十六進制的0033就是十進制的51，這個對應的編譯器(JDK中的javac)版本是JDK 1.7.0，不同版本的編譯器編譯出來的class文件中的版本號不一樣。其實這個信息就表示了你所使用的的編譯器版本。【高版本的JDK兼容低版本的JDK】
接下來的兩個字節是常量池容量

我們可以看到，常量池容量的值爲34（十六進制的0x22）,這代表着常量池中有33個常量這裏要特別注意不是34個，常量的索引從1開始，索引值範圍爲1-33，爲什麼把第0項空出來呢？這是有原因的，這是因爲如果有某些指向常量池的索引它想表達“不引用任何常量池項目”，就把它的索引值置爲0
接下來的內容就比較重要了，接下來的就是常量池，常量池，顧名思義，裏面裝的都是常量，都有哪些常量？
總體來說，常量池主要存放了兩大類常量：字面量和符號引用

1、什麼是字面量？字面量是用於表達源代碼中的一個固定值的一個標識，例如：String s = “abc”，字符串abc就是Java字面量
2、什麼是符號引用？符號引用簡單地來說就是一個字符串，該字符串指向了被引用的事物，其實就和人的身份證號一樣，你的這個字符串身份證號碼就指向了你，比如說Java中一個類中定義了另一個類，那個這個類就具有另一個類的符號引用，當JVM在加載這個類的時候，就會在常量池中獲得另一個類的符號引用，在類創建或運行時解析、翻譯到具體的內存地址之中。【符號引用和具體的內存佈局沒有關係】
3、什麼是描述符，簡單來說就是變量、方法的描述符號，比如 int i = 3; 這個int類型我就用一個符號去描述它
4、什麼是全限定名，在Java源文件中可以簡單理解爲就是包名+類名，比如： com.coderising.jvm.loader.HelloWorld，而在Class文件中，只不過把”.”換成了”/”,如：com/coderising/jvm/loader/HelloWorld
常量池中有許多種常量項，每一個常量項都是一個數據結構。
例如CONSTANT_Class_info

我們結合Class文件來理解一下常量項【u1代表佔一個字節，u2代表佔兩個字節】

虛擬機在讀到0x07這個字節的時候，查一下表【虛擬機規範有這個表，在虛擬機規範中規定了所有的常量池結構】，哦，原來這是個CONSTANT_Class_info常量項，然後就會往後讀兩個字節（虛擬機規範中就規定了這個數據結構），根據虛擬機規範，虛擬機就會知道這兩個字節的值代表的是指向一個全限定名[簡單地理解爲包名+類名]的索引，很顯然，這裏這個索引的值爲2,就是說，我指向了第二個常量項（其實就是下一個常量項）注意：這裏的 07 00 02 這三個字節是一個整體，這三個字節符合CONSTANT_Class_info數據結構，這個整體是一個常量項，並且是第一個常量項。
下來我們再看看在常量池用頻繁出現的CONSTANT_UTF8_info常量項，它的數據結構如下：

結合Class文件理解一下：

注意：第二個常量項是圖中所有淺藍色的部分，其中包含tag（值爲0x01）、length(值爲0x0024)和後面的36個字節。這和CONSTANT_UTF8_info的數據結構是對應的。這個時候我們可以看到，其實第一個CONSTANT_Class_info的索引值是指向第二個常量項的，這個常量項的內容其實就是com/coderising/jvm/loader/HelloWorld，其實就是包名+類名。我們可以通過這種查表的方式，找到Class文件中的所有數字所代表的含義，詳情請參考《深入理解Java虛擬機》第六章P172中的表6-6。
我們看一看最後一個常量項：

最後一個常量項一般爲這個Java源文件的名字。很顯然這是一個UTF8Info數據結構。
大家可以看到，Java源文件中的所有的字面量和符號引用都被存在了這個Class文件之中了
比如說，符號引用： com.coderising.jvm.loader.HelloWorld,還有我們在程序中要輸出的字面量“Hello World”
下來我們用javap -verbose 類名來輸出一下我們這個HelloWorld.class

好了，常量池就聊到這裏