剖析JVM常量池

我不是女神ヾ 2023-10-08 14:33 67阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  写在前面
 *   *  1、预备知识
     *   *  1.1、如何获取class字节码内容
         *  1.2、字节码各部分什么意思
         *   *  1.2.1、字段描述符
     *  2、class文件常量池
     *   *  2.1、生成字节码
         *  2.2、字面量与符号引用
         *   *  2.2.1、字面量
             *  2.2.2、符号引用

## 写在前面 ##

本文尝试从字节码中解读下面两个问题：  
1、String a=“ab”，在JVM中发生了什么？  
2、String b=“a”+“b”，底层是如何实现？

### 1、预备知识 ###

JVM中的常量池可以分成以下几类：

1、Class文件常量池  
2、全局字符串常量池  
3、运行时常量池

#### 1.1、如何获取class字节码内容 ####

这里以idea中操作为例，如下：  
1、生成class文件  
![在这里插入图片描述][0d52c1b84a92485db58b2d4f6a19aac8.png]  
2、获取字节码内容  
javap -v StringExample.class  
![在这里插入图片描述][da63c042450548f0a5a2eae5ae3b18cb.png]

#### 1.2、字节码各部分什么意思 ####

u1的意思是: 占1个字节 （16进制的一个字节占两位00）  
u2的意思是: 占2个字节  
u4的意思是: 占4个字节  
！的意思是：不确定，是动态计算的  
![请添加图片描述][d1a0a8fb8dc442478e70aab98af6642a.jpg]  
更详细的内容请参考[这篇文章][Link 1]：https://blog.csdn.net/weixin\_42812986/article/details/107876683

##### 1.2.1、字段描述符 #####

什么是字段描述符，就是一个java的基本类型或引用类型在字节码中是用某些特定的字符表示的。  
例如`int`用`I`表示、`Double`用`D`表示、`String`用`Ljava/lang/String;`表示等。  
常见表示：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类型</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>object对象</td> 
   <td>以"L"开头，以";“结尾，中间是用”/"隔开的包及类名；比如：<code>Ljava/lang/String;</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>嵌套内部类</td> 
   <td>用$来表示嵌套；比如：<code>Landroid/os/FileUtils $FileStatus;</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>数组</td> 
   <td>用"["加上如表所示的对应类型；例如：<code>[L/java/lang/objects;</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Void</td> 
   <td>用V表示，"()V" 就表示<code>void Func();</code>、"(II)V" 表示 <code>void Func(int, int);</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>用I表示，"<code>(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I</code>"表示 <code>int Func(String,String)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

更多JNI字段描述符可[参考文章][Link 2]：https://blog.csdn.net/wan2g/article/details/104706199

### 2、class文件常量池 ###

每个Class文件的字节码中都有一个常量池，里面主要存放编译器生成的各种字面量和符号引用。

#### 2.1、生成字节码 ####

java文件内容

public class StringExample {
        
        private int value = 1;
        public final static int fs=101;
        public static void main(String[] args) {
        
            String a="ab";
            String b="a"+"b";
            String c=a+b;
        }
    }

生成的字节码（仅常量池部分）

> javap -v StringExample.class

Constant pool:
       #1 = Methodref          #9.#32         // java/lang/Object."<init>":()V
       #2 = Fieldref           #8.#33         // com/demo/StringExample.value:I
       #3 = String             #34            // ab
       #4 = Class              #35            // java/lang/StringBuilder
       #5 = Methodref          #4.#32         // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       #6 = Methodref          #4.#36         // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
       #7 = Methodref          #4.#37         // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
       #8 = Class              #38            // com/demo/StringExample
       #9 = Class              #39            // java/lang/Object
      #10 = Utf8               value
      #11 = Utf8               I
      #12 = Utf8               fs
      #13 = Utf8               ConstantValue
      #14 = Integer            101
      #15 = Utf8               <init>
      #16 = Utf8               ()V
      #17 = Utf8               Code
      #18 = Utf8               LineNumberTable
      #19 = Utf8               LocalVariableTable
      #20 = Utf8               this
      #21 = Utf8               Lcom/demo/StringExample;
      #22 = Utf8               main
      #23 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
      #24 = Utf8               args
      #25 = Utf8               [Ljava/lang/String;
      #26 = Utf8               a
      #27 = Utf8               Ljava/lang/String;
      #28 = Utf8               b
      #29 = Utf8               c
      #30 = Utf8               SourceFile
      #31 = Utf8               StringExample.java
      #32 = NameAndType        #15:#16        // "<init>":()V
      #33 = NameAndType        #10:#11        // value:I
      #34 = Utf8               ab
      #35 = Utf8               java/lang/StringBuilder
      #36 = NameAndType        #40:#41        // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      #37 = NameAndType        #42:#43        // toString:()Ljava/lang/String;
      #38 = Utf8               com/demo/StringExample
      #39 = Utf8               java/lang/Object
      #40 = Utf8               append
      #41 = Utf8               (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      #42 = Utf8               toString
      #43 = Utf8               ()Ljava/lang/String;

#### 2.2、字面量与符号引用 ####

在该常量池中主要存放两类常量：字面量和符号引用

字面量：字面量，给基本类型变量赋值的方式就叫做字面量或者字面值。  
符号引用：包括类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符

##### 2.2.1、字面量 #####

字面量在常量池中，比如：String a=“ab” ，这里“ab”就是字符串字面量。`String a=“ab”` 对应字节码如下:

#3 = String             #34            // ab 
    #34 = Utf8               ab

除了字面量，final修饰的属性也在常量池中。  
用final修饰的成员变量、静态变量、实例变量、局部变量。比如:

#11 = Utf8               I
    #12 = Utf8               fs
    #13 = Utf8               ConstantValue
    #14 = Integer            101

但是基本类型，如`private int value=1`，在常量池中只保留了他的字段描述符（I）和字段名称(value)，它的字面量不会存在与常量池。

> 没有它的字面量 1

#10 = Utf8               value
      #11 = Utf8               I
      #33 = NameAndType        #10:#11        // value:I

另外，String c=a+b;，c这个属性的值也没有保存到常量池，因为在编译期间，a和b的值时不确定的。  
如果我们把代码改成如下：

public static void main(String[] args) {
        
    	final String a="ab";
    	final String b="a"+"b";
    	String c=a+b;
    }

重新生成字节码之后，我们发现，c 的值abab也保存到了常量池中。

#32 = Utf8               abab

##### 2.2.2、符号引用 #####

类和接口的全限定名，主要用于在运行时解析得到类的直接引用。

#23 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
    #25 = Utf8               [Ljava/lang/String;
    #27 = Utf8               Ljava/lang/String;

字段的名称和描述符，字段也就是类或者接口中声明的变量，包括类级别变量(static)和实例级的变量。

#1 = Methodref         #9.#32         // java/lang/Object."<init>":()V
    #2 = Fieldref           #8.#33         // org/example/cl07/StringExample.value:I
    #3 = String             #34           // ab
    #4 = Class             #35           // java/lang/StringBuilder
    #5 = Methodref         #4.#32         // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
    #6 = Methodref         #4.#36         // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StrvalueingBuilder;
    #7 = Methodref         #4.#37         // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
    #8 = Class             #38           // org/example/cl07/StringExample
    
    #24 = Utf8               args
    #26 = Utf8               a
    #28 = Utf8               b
    #29 = Utf8               c

方法的名称和描述符，方法的描述类似于JNI动态注册时的“方法签名”，也就是参数类型+返回值类型，比如下面的这种字节码，表示main方法和String返回类型。

#19 = Utf8               main
    #20 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V

[0d52c1b84a92485db58b2d4f6a19aac8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/0d52c1b84a92485db58b2d4f6a19aac8.png
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[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_42812986/article/details/107876683
[Link 2]: https://blog.csdn.net/wan2g/article/details/104706199