常量池集合

墨蓝 2022-09-02 08:40 153阅读 0赞

#  #

# 一 点睛 #

常量池是 Class 文件中内容最为丰富的区域之一。常量池对于 Class 文件中的字段和方法解析也有着至关重要的作用。

随着 Java 虚拟机的不断发展，常量池的内容也日渐丰富。可以说，常量池是整个 Class 文件的基石。

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在版本号之后，紧跟着的是常量池的数量，以及若干个常量池表项。

常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项 u2 类型的无符号数，代表常量池容量计数值（constant\_pool\_count）。与 Java 中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从 1 而不是 0 开始的。

![20210802183607614.png][]

由上表可见，Class 文件使用了一个前置的容量计数器（constant\_pool\_count）加若干个连续的数据项（constant\_pool）的形式来描述常量池内容。我们把这一系列连续常量池数据称为常量池集合。

常量池表项中，用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放

# 二 常量池计数器 #

*  由于常量池的数量不固定，时长时短，所以需要放置两个字节来表示常量池容量计数值。
 *  常量池容量计数值（u2 类型）：从 1 开始，表示常量池中有多少项常量。即 constant\_pool\_count=1 表示常量池中有 0 个常量项。

![2021080218380774.png][]

constant\_pool\_count 的值为 0x0016，也就是 22。需要注意的是，这实际上只有 21 项常量。索引范围是 1-21。为什么呢？

通常我们写代码时都是从 0 开始的，但是这里的常量池却是从 1 开始，因为它把第 0 项常量空出来了。这是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达“不引用任何一个常量池项目”的含义，这种情况可用索引值 0 来表示。

# 三 常量池表 #

constant\_pool 是一种表结构，以 1 ~ constant\_pool\_count - 1 为索引。表明了后面有多少个常量项。

常量池主要存放两大类常量：

*  字面量（Literal）
 *  符号引用（Symbolic References）

它包含了 class 文件结构及其子结构中引用的所有字符串常量、类或接口名、字段名和其他常量。常量池中的每一项都具备相同的特征。第 1 个字节作为类型标记，用于确定该项的格式，这个字节称为 tag byte（标记字节、标签字节）。

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# 四 字面量和符号引用 #

在对这些常量解读前，我们需要搞清楚几个概念。

常量池主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。如下表：

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## 1 全限定名 ##

com/test/Demo 这个就是类的全限定名，仅仅是把包名的“.“替换成”/”，为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个“;”表示全限定名结束。

## 2 简单名称 ##

简单名称是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称。例如，类的 add()方法和 num 字段的简单名称分别是 add 和 num。

## 3 描述符 ##

描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。根据描述符规则，基本数据类型（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）以及代表无返回值的 void 类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符 L 加对象的全限定名来表示，详见下表：

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用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“()”之内。如方法 java.lang.String tostring()的描述符为()Ljava/lang/String; ，方法 int abc(int\[\]x, int y)的描述符为(\[II)I。

## 4 补充说明 ##

虚拟机在加载 Class 文件时才会进行动态链接，也就是说，Class 文件中不会保存各个方法和字段的最终内存布局信息。因此，这些字段和方法的符号引用不经过转换是无法直接被虚拟机使用的。当虚拟机运行时，需要从常量池中获得对应的符号引用，再在类加载过程中的解析阶段将其替换为直接引用，并翻译到具体的内存地址中。

这里说明下符号引用和直接引用的区别与关联：

*  符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到了内存中。
 *  直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那说明引用的目标必定已经存在于内存之中了。

# 五 常量类型和结构 #

常量池中每一项常量都是一个表，JDK1.7 之后共有 14 种不同的表结构数据。如下表格所示：

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根据上图每个类型的描述我们也可以知道每个类型是用来描述常量池中哪些内容（主要是字面量、符号引用）的。比如:

CONSTANT\_Integer\_info 是用来描述常量池中字面量信息的，而且只是整型字面量信息。

标志为 15、16、18 的常量项类型是用来支持动态语言调用的（jdk1.7 时才加入的）。

## 1 细节说明 ##

*  CONSTANT\_Class\_info 结构用于表示类或接口。
 *  CONSTANT\_Fieldref\_info、CONSTANT\_Methodref\_info 和 CONSTANT\_InterfaceMethodref\_info 结构表示字段、类中方法和接口中方法。
 *  CONSTANT\_String\_info 结构用于表示 String 类型的常量对象。
 *  CONSTANT\_Integer\_info 和 CONSTANT\_Float\_info 表示 4 字节（int 和 float）的数值常量。
 *  CONSTANT\_Long\_info 和 CONSTANT\_Double\_info 结构表示 8 字作（long 和 double）的数值常量。

>  在 class 文件的常最池表中，所有的 8 字节常量均占两个表成员（项）的空问。如果一个 CONSTAHT\_Long\_info 和 CNSTAHT\_Double\_info 结构在常量池中的索引位 n，则常量池中一个可用项的索引位 n+2，此时常量池表中索引为 n+1 的项仍然有效但必须视为不可用的。

*  CONSTANT\_NameAndType\_info 结构用于表示字段或方法，但是和之前的 3 个结构不同，CONSTANT\_NameAndType\_info 结构没有指明该字段或方法所属的类或接口。
 *  CONSTANT\_Utf8\_info 用于表示字符常量的值
 *  CONSTANT\_MethodHandle\_info 结构用于表示方法句柄
 *  CONSTANT\_MethodType\_info 结构表示方法类型
 *  CONSTANT\_InvokeDynamic\_info 结构表示 invokedynamic 指令所用到的引导方法(bootstrap method)、引导方法所用到的动态调用名称(dynamic invocation name)、参数和返回类型，并可以给引导方法传入一系列称为静态参数（static argument）的常量。

## 2 解析方法 ##

*  一个字节一个字节的解析。
 *  使用 javap 命令解析：javap -verbose Demo.class 或 jclasslib 工具会更方便。

# 六 实战 #

## 1 代码 ##

package chapter01.java1;
    
    /**
    * 全类名：chapter01.java1.Demo
    * 全限定名：chapter01/java1/Demo
    */
    public class Demo {
        private int num = 1;
    
        public int add() {
            num = num + 2;
            return num;
        }
    }

## 2 常量池解析 ##

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# 七 小结 #

*  这 14 种表（或者常量项结构）的共同点是：表开始的第一位是一个 u1 类型的标志位（tag），代表当前这个常量项使用的是哪种表结构，即哪种常量类型。
 *  在常量池列表中，CONSTANT\_Utf8\_info 常量项是一种使用改进过的 UTF-8 编码格式来存储诸如文字字符串、类或者接口的全限定名、字段或者方法的简单名称以及描述符等常量字符串信息。
 *   这 14 种常量项结构还有一个特点是，其中 13 个常量项占用的字节固定，只有 CONSTANT\_Utf8\_info 占用字节不固定，其大小由 length 决定。为什么呢？因为从常量池存放的内容可知，其存放的是字面量和符号引用，最终这些内容都会是一个字符串，这些字符串的大小是在编写程序时才确定，比如你定义一个类，类名可以取长取短，所以在没编译前，大小不固定，编译后，通过 utf-8 编码，就可以知道其长度。
 *  常量池：可以理解为 Class 文件之中的资源仓库，它是 Class 文件结构中与其他项目关联最多的数据类型（后面的很多数据类型都会指向此处），也是占用 Class 文件空间最大的数据项目之一。
 *  常量池中为什么要包含这些内容？Java 代码在进行 Javac 编译的时候，并不像 C 和 C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载 Class 文件的时候进行动态链接。也就是说，在 Class 文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。

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