JVM 字节码（二）方法表详解

2022-10-07 14:03:26

JVM 字节码（二）方法表和属性表

上一节中对 ClassFile 的整体进行了五个详细的说明， 本节围绕 ClassFile 最重要的一个内容 - 方法表的 Code 属性展开 ，更多 JVM Methods 规范(Oracle)

一、方法表结构

1.1 方法表结构

方法表的结构如下：

method_info {

    u2             access_flags;

    u2             name_index;

    u2             descriptor_index;

    u2             attributes_count;

    attribute_info attributes[attributes_count];

}

其中属性表 attribute_info 是最复杂的结构，其中就包含指令集 Code 属性。结构如下：

Code_attribute {

    u2 attribute_name_index;

    u4 attribute_length;

    u2 max_stack;

    u2 max_locals;

    u4 code_length;

    u1 code[code_length];

    u2 exception_table_length;

    {   u2 start_pc;

        u2 end_pc;

        u2 handler_pc;

        u2 catch_type;

    } exception_table[exception_table_length];

    u2 attributes_count;

    attribute_info attributes[attributes_count];

}

1.2 属性表结构

在 JVM 规范中所有属性都有以下几个字段：

attribute_info {

    u2 attribute_name_index;

    u4 attribute_length;

    u1 info[attribute_length];

}

attribute_name_index 属性名称，指向常量池
attribute_length 属性实际长度，不包含 attribute_name_index 和 attribute_length 的长度，也就是说实际长度 = 2 + 4 + attribute_length
info[attribute_length] 属性实际的信息

常用的属性见下表，全部的属性字段见 Table 4.7-A. attributes

属性名称	使用位置	说明
ConstantValue	字段表	final 关键字定义的常量值
Code	方法表	Java 代码编译的字节码指令
LineNumberTable	Code 属性	Java 源码的行号与字节码指令的对应关系
LocalVariableTable	Code 属性	方法的局部变量描述
Exceptions	方法表	方法抛出的异常
SourceFile	类文件	源文件名称
InnerClasses	类文件	内部类列表
Synthetic	类、方法表、属性表	标识方法或字段为编译器自动生成的

二、案例分析

还是使用上一个例子，方法表有两个方法

2.1 init 方法分析

init 是 javac 自动生成的方法，对应的字节码如下：

Offset      0  1  2  3  4  5  6  7   8  9  A  B  C  D  E  F

00000120                            00 01 00 07 00 08 00 01

00000130   00 09 00 00 00 2F 00 01  00 01 00 00 00 05 2A B7

00000140   00 01 B1 00 00 00 02 00  0A 00 00 00 06 00 01 00

00000150   00 00 07 00 0B 00 00 00  0C 00 01 00 00 00 05 00

00000160   0C 00 0D 00 00

前 8 个字节 00 01 00 07 00 08 00 01 就不分析了，重点关注 init 方法的 Code 属性如下：

attribute_name_index 属性名称，指向常量 #0009，即 Code
attribute_length 属性长度，不包括这两个属性的长度，本例中为 00 00 00 2F，共 47 + [2(attribute_name_index) + 4(attribute_length)] 个字节
max_stack 栈深度，本例中为0001
max_locals 局部变量表，本例中为0001
code_length code 长度，本例中为 0000 0005，即 5 个字节
code[code_length] 指令集，本例中为 2A B7 00 01 B1
exception_table_length 异常长度，本例中为 00 00
attributes_count Code 的子属性表，本例中为 00 02，包含 LineNumberTable 和 LocalVariableTable 两个属性。LineNumberTable 是指令集对应的源码行号，主要用于异常时抛出对应的源码行号，便于定位问题。LocalVariableTable 是局部方法表。

接下来我们主要关注两个区域，指令集(code) 和属性表(attribute_info)

2.1.1 指令集(code)

init 的指令集为 2A B7 00 01 B1，这些指令到底表示什么呢？

IDEA 安装插件后有一个好处，可以点击指令后直接跳转到对应的 Oracle 官方规范上，十分方便。

aload_0 对应 0x2a，用于加载局部方法表中的参数到操作数栈中。
invokespecial 对应 0xb7，后两个字节用于指向常量池中的类型 #1。只能调用三类方法：方法；private方法；super.method()。因为这三类方法的调用对象在编译时就可以确定。更多关于 invokespecial 指令
return 对应 0xb1。

2.1.2 属性表(attribute_info)

0002 表示有两个属性，本例中为 LineNumberTable 和 LocalVariableTable，下面来认识一下这两个属性。

(1) LineNumberTable

LineNumberTable 属性表的结构如下，更多参考 JVM LineNumberTable 规范

LineNumberTable_attribute {

    u2 attribute_name_index;

    u4 attribute_length;

    u2 line_number_table_length;

    {   u2 start_pc;

        u2 line_number;

    } line_number_table[line_number_table_length];

}

对应的字节码如下：

Offset      0  1  2  3  4  5  6  7   8  9  A  B  C  D  E  F

00000140                        00  0A 00 00 00 06 00 01 00

00000150   00 00 07

attribute_name_index 指向常量池 #0A，即 LineNumberTable
attribute_length 属性长度，本例中为 00 00 00 06，实际属性值为 00 01 00 00 00 07
line_number_table_length 长度，本例中为 00 01，即只有一条记录
line_number_table[line_number_table_length] 行号对应的记录，本例中为 0000 -> 0007

(2) LocalVariableTable

LocalVariableTable 属性表的结构如下，更多参考 JVM LocalVariableTable 规范

LocalVariableTable_attribute {

    u2 attribute_name_index;

    u4 attribute_length;

    u2 local_variable_table_length;

    {   u2 start_pc;

        u2 length;

        u2 name_index;

        u2 descriptor_index;

        u2 index;

    } local_variable_table[local_variable_table_length];

}

对应的字节码如下：

Offset      0  1  2  3  4  5  6  7   8  9  A  B  C  D  E  F

00000150            00 0B 00 00 00  0C 00 01 00 00 00 05 00

00000160   0C 00 0D 00 00

attribute_name_index 指向常量池 #0B，即 LocalVariableTable
attribute_length 属性长度，本例中为 00 00 00 0C(12 个字节)，实际属性值为 00 01 00 00 00 05 00 0C 00 0D 00 00
local_variable_table_length 长度，本例中为 00 01，即只有一条记录
local_variable_table[local_variable_table_length] 局部变量表，本例中为 00 00 00 05 00 0C 00 0D 00 00，其中 #0D 正是指向 this，所以非静态方法中都有一个默认的 this 参数。

2.1 inc 方法分析

inc 是自定义的方法，对应的字节码如下：

Offset      0  1  2  3  4  5  6  7   8  9  A  B  C  D  E  F

00000160                  00 02 00  0E 00 0F 00 01 00 09 00

00000170   00 00 31 00 02 00 01 00  00 00 07 2A B4 00 02 04

00000180   60 AC 00 00 00 02 00 0A  00 00 00 06 00 01 00 00

00000190   00 0C 00 0B 00 00 00 0C  00 01 00 00 00 07 00 0C

000001A0   00 0D 00 00

access_flags 访问类型，0002
name_index 方法名称，000E
descriptor_index 方法参数及返回值类型，#000F
attributes 方法属性，0001，表示有一个方法属性，即 Code

inc 方法的 Code 属性解析如下：

attribute_name_index 属性名称，指向常量 #0009，即 Code
attribute_length 属性长度，不包括这两个属性的长度，即 00 00 00 31，共 49 + [2(attribute_name_index) + 4(attribute_length)] 个字节
max_stack 栈深度，0002
max_locals 局部变量表，0001
code_length code 长度，0000 0007，即 7 个字节
code[code_length] 2A B4 00 02 04 60 AC 表示对应的指令

2.2.1 指令集(code)

init 的指令集为 2A B4 00 02 04 60 AC，这些指令到底表示什么呢？

aload_0 对应 0x2a，用于加载局部方法表中的参数到操作数栈中。
getfield 对应 0xb4，后两个字节用于指向常量池中的类型 #2
iconst_1 对应 0x04，将常量 1 压栈
iadd 对应 0x60。
ireturn 对应 0xac。

2.2.2 属性表(attribute_info)

0002 表示有两个属性，本例中也是 LineNumberTable 和 LocalVariableTable 两个属性。