Golang實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)之解析class文件詳解
前言
所需前置知識(shí)為：JAVA語言、JVM知識(shí)
對(duì)應(yīng)項(xiàng)目：jvmgo
一、準(zhǔn)備環(huán)境
操作系統(tǒng)：Windows 11
1.1 JDK版本
openjdk version "1.8.0_382"
1.2 Go版本
go version go1.21.0 windows/amd64
1.3 配置Go工作空間
1.4 java命令指示
Java虛擬機(jī)的工作是運(yùn)行Java應(yīng)用程序。和其他類型的應(yīng)用程序一樣，Java應(yīng)用程序也需要一個(gè)入口點(diǎn)，這個(gè)入口點(diǎn)就是我們熟知的main()方法。最簡(jiǎn)單的Java程序是 只有一個(gè)main()方法的類，如著名的HelloWorld程序。
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, world!");
}
}
JVM如何知道從哪個(gè)類啟動(dòng)呢，虛擬機(jī)規(guī)范并沒有明確，而是需要虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。比如Oracle的JVM就是通過java命令啟動(dòng)的，主類名由命令行參數(shù)決定。
java命令有如下4種形式：
java [-options] class [args] java [-options] -jar jarfile [args] javaw [-options] class [args] javaw [-options] -jar jarfile [args]
可以向java命令傳遞三組參數(shù)：選項(xiàng)、主類名(或者JAR文件名) 和main()方法參數(shù)。選項(xiàng)由減號(hào)(–)開頭。通常，第一個(gè)非選項(xiàng)參數(shù) 給出主類的完全限定名(fully qualified class name)。但是如果用戶提供了–jar選項(xiàng)，則第一個(gè)非選項(xiàng)參數(shù)表示JAR文件名，java命令必須從這個(gè)JAR文件中尋找主類。javaw命令和java命令幾乎一樣，唯 一的差別在于，javaw命令不顯示命令行窗口，因此特別適合用于啟 動(dòng)GUI(圖形用戶界面)應(yīng)用程序。
選項(xiàng)可以分為兩類：標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)和非標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)。標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)比較穩(wěn)定，不會(huì)輕易變動(dòng)。非標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)以-X開頭，
| 選項(xiàng) | 用途 |
|---|---|
| -version | 輸出版本信息，然后退出 |
| -? / -help | 輸出幫助信息，然后退出 |
| -cp / -classpath | 指定用戶類路徑 |
| -Dproperty=value | 設(shè)置Java系統(tǒng)屬性 |
| -Xms<size> | 設(shè)置初始堆空間大小 |
| -Xmx<size> | 設(shè)置最大堆空間大小 |
| -Xss<size> | 設(shè)置線程?？臻g大小 |
二、編寫命令行工具
環(huán)境準(zhǔn)備完畢，接下來實(shí)現(xiàn)java命令的的第一種用法。
2.1 創(chuàng)建目錄
創(chuàng)建cmd.go
Go源文件一般以.go作為后綴，文件名全部小寫，多個(gè)單詞之間使用下劃線分隔。Go語言規(guī)范要求Go源文件必須使用UTF-8編碼，詳見https://golang.org/ref/spec
2.2 結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)cmd選項(xiàng)
在文件中定義cmd中java命令需要的選項(xiàng)和參數(shù)
package ch01
// author：郜宇博
type Cmd struct {
// 標(biāo)注是否為 --help
helpFlag bool
//標(biāo)注是否為 --version
versionFlag bool
//選項(xiàng)
cpOption string
//主類名，或者是jar文件
class string
//參數(shù)
args []string
}
Go語言標(biāo)準(zhǔn)庫包
由于要處理的命令行，因此將使用到flag()函數(shù)，此函數(shù)為Go的標(biāo)準(zhǔn)庫包之一。
Go語言的標(biāo)準(zhǔn)庫以包的方式提供支持，下表列出了Go語言標(biāo)準(zhǔn)庫中常見的包及其功能。
| Go語言標(biāo)準(zhǔn)庫包名 | 功 能 |
|---|---|
| bufio | 帶緩沖的 I/O 操作 |
| bytes | 實(shí)現(xiàn)字節(jié)操作 |
| container | 封裝堆、列表和環(huán)形列表等容器 |
| crypto | 加密算法 |
| database | 數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)和接口 |
| debug | 各種調(diào)試文件格式訪問及調(diào)試功能 |
| encoding | 常見算法如 JSON、XML、Base64 等 |
| flag | 命令行解析 |
| fmt | 格式化操作 |
| go | Go語言的詞法、語法樹、類型等?？赏ㄟ^這個(gè)包進(jìn)行代碼信息提取和修改 |
| html | HTML 轉(zhuǎn)義及模板系統(tǒng) |
| image | 常見圖形格式的訪問及生成 |
| io | 實(shí)現(xiàn) I/O 原始訪問接口及訪問封裝 |
| math | 數(shù)學(xué)庫 |
| net | 網(wǎng)絡(luò)庫，支持 Socket、HTTP、郵件、RPC、SMTP 等 |
| os | 操作系統(tǒng)平臺(tái)不依賴平臺(tái)操作封裝 |
| path | 兼容各操作系統(tǒng)的路徑操作實(shí)用函數(shù) |
| plugin | Go 1.7 加入的插件系統(tǒng)。支持將代碼編譯為插件，按需加載 |
| reflect | 語言反射支持?？梢詣?dòng)態(tài)獲得代碼中的類型信息，獲取和修改變量的值 |
| regexp | 正則表達(dá)式封裝 |
| runtime | 運(yùn)行時(shí)接口 |
| sort | 排序接口 |
| strings | 字符串轉(zhuǎn)換、解析及實(shí)用函數(shù) |
| time | 時(shí)間接口 |
| text | 文本模板及 Token 詞法器 |
flag()函數(shù)
[]: https://studygolang.com/pkgdoc
eg：flag.TypeVar()
基本格式如下： flag.TypeVar(Type指針, flag名, 默認(rèn)值, 幫助信息) 例如我們要定義姓名、年齡、婚否三個(gè)命令行參數(shù)，我們可以按如下方式定義：
var name string var age int var married bool var delay time.Duration flag.StringVar(&name, "name", "張三", "姓名") flag.IntVar(&age, "age", 18, "年齡") flag.BoolVar(&married, "married", false, "婚否") flag.DurationVar(&delay, "d", 0, "時(shí)間間隔")
2.3 接收處理用戶輸入的命令行指令
創(chuàng)建parseCmd()函數(shù)，實(shí)現(xiàn)接受處理用戶輸入的命令行指令
func parseCmd() *Cmd {
cmd := &Cmd{}
flag.Usage = printUsage
flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "help", false, "print help message")
flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "?", false, "print help message")
flag.BoolVar(&cmd.versionFlag, "version", false, "print version and exit")
flag.StringVar(&cmd.cpOption, "classpath", "", "classpath")
flag.StringVar(&cmd.cpOption, "cp", "", "classpath")
flag.Parse()
args := flag.Args()
if len(args) > 0 {
cmd.class = args[0]
cmd.args = args[1:]
}
return cmd
}
func printUsage() {
fmt.Printf("Usage: %s [-options] class [args...]\n", os.Args[0])
//flag.PrintDefaults()
}
首先設(shè)置flag.Usage變量，把printUsage()函數(shù)賦值給它；
然后調(diào) 用flag包提供的各種Var函數(shù)設(shè)置需要解析的選項(xiàng)；
接著調(diào)用 Parse()函數(shù)解析選項(xiàng)。
如果Parse()函數(shù)解析失敗，它就調(diào)用printUsage()函數(shù)把命令的用法打印到控制臺(tái)。
如果解析成功，調(diào)用flag.Args()函數(shù)可以捕獲其他沒有被解析 的參數(shù)。其中第一個(gè)參數(shù)就是主類名，剩下的是要傳遞給主類的參數(shù)。
2.4 測(cè)試
與cmd.go文件一樣，main.go文件的包名也是main。在Go 語言中，main是一個(gè)特殊的包，這個(gè)包所在的目錄(可以叫作任何 名字)會(huì)被編譯為可執(zhí)行文件。Go程序的入口也是main()函數(shù)，但 是不接收任何參數(shù)，也不能有返回值。
測(cè)試代碼如下：
package main
import "fmt"
func main() {
cmd := parseCmd()
if cmd.versionFlag {
//模擬輸出版本
fmt.Println("version 0.0.1")
} else if cmd.helpFlag || cmd.class == "" {
printUsage()
} else {
startJVM(cmd)
}
}
// 模擬啟動(dòng)JVM
func startJVM(cmd *Cmd) {
fmt.Printf("classpath:%s class:%s args:%v\n",
cmd.cpOption, cmd.class, cmd.args)
}
main()函數(shù)先調(diào)用ParseCommand()函數(shù)解析命令行參數(shù)，如 果一切正常，則調(diào)用startJVM()函數(shù)啟動(dòng)Java虛擬機(jī)。如果解析出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者用戶輸入了-help選項(xiàng)，則調(diào)用PrintUsage()函數(shù)打印出幫助信息。如果用戶輸入了-version選項(xiàng)，則輸版本信息。因?yàn)槲覀冞€沒有真正開始編寫Java虛擬機(jī)，所以startJVM()函數(shù)暫時(shí)只是打印一些信息而已。
在終端：
go install jvmgo\ch0
此時(shí)在工作空間的bin目錄中會(huì)生成ch01.exe的文件，運(yùn)行：結(jié)果如下
三、獲取類路徑
已經(jīng)完成了JAVA應(yīng)用程序如何啟動(dòng)：命令行啟動(dòng)，并獲取到了啟動(dòng)時(shí)需要的選項(xiàng)和參數(shù)。
但是，如果要啟動(dòng)一個(gè)最簡(jiǎn)單的“Hello World”程序（如下），也需要加載很多所需的類進(jìn)入JVM中
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, world!");
}
}
加載HelloWorld類之前，需要加載該類的父類(超類)，也就是java.lang.Object，main函數(shù)的參數(shù)為String[]類型，因此也需要將java.lang.String類和java.lang.String[]加載，輸出字符串又需要加載java.lang.System類，等等。接下來就來解決如何獲取這些類的路徑。
3.1類路徑介紹
Java虛擬機(jī)規(guī)范并沒有規(guī)定虛擬機(jī)應(yīng)該從哪里尋找類，因此不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可以采用不同的方法。
Oracle的Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)根據(jù)類路徑（class path）來搜索類。
按照搜索的先后順序，類路徑可以 分為以下3個(gè)部分：
- 啟動(dòng)類路徑（bootstrap classpath）
- 擴(kuò)展類路徑（extension classpath）
- 用戶類路徑（user classpath）
啟動(dòng)類路徑默認(rèn)對(duì)應(yīng)jre\lib目錄，Java標(biāo)準(zhǔn)庫（大部分在rt.jar里） 位于該路徑。
擴(kuò)展類路徑默認(rèn)對(duì)應(yīng)jre\lib\ext目錄，使用Java擴(kuò)展機(jī)制的類位于這個(gè)路徑。
用戶類路徑為自己實(shí)現(xiàn)的類，以及第三方類庫的路徑?？梢酝ㄟ^-Xbootclasspath選項(xiàng)修改啟動(dòng)類路徑，不過一般不需要這樣做。
用戶類路徑的默認(rèn)值是當(dāng)前目錄，也就是. 。可以設(shè)置 CLASSPATH環(huán)境變量來修改用戶類路徑，但是這樣做不夠靈活，所以不推薦使用。
更好的辦法是給java命令傳遞-classpath（或簡(jiǎn)寫為-cp）選項(xiàng)。-classpath/-cp選項(xiàng)的優(yōu)先級(jí)更高，可以覆蓋CLASSPATH環(huán)境變量設(shè)置。如下：
java -cp path\to\classes ... java -cp path\to\lib1.jar ... java -cp path\to\lib2.zip ...
3.2解析用戶類路徑
該功能建立在命令行工具上，因此復(fù)制上次的代碼，并創(chuàng)建classpath子目錄。
Java虛擬機(jī)將使用JDK的啟動(dòng)類路徑來尋找和加載Java 標(biāo)準(zhǔn)庫中的類，因此需要某種方式指定jre目錄的位置。
命令行選項(xiàng)可以獲取，所以增加一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)-Xjre。
修改Cmd結(jié)構(gòu)體，添加XjreOption字段；parseCmd（）函數(shù)也要相應(yīng)修改：
type Cmd struct {
// 標(biāo)注是否為 --help
helpFlag bool
//標(biāo)注是否為 --version
versionFlag bool
//選項(xiàng)
cpOption string
//主類名，或者是jar文件
class string
//參數(shù)
args []string
// jre路徑
XjreOption string
}
func parseCmd() *Cmd {
cmd := &Cmd{}
flag.Usage = printUsage
flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "help", false, "print help message")
flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "?", false, "print help message")
flag.BoolVar(&cmd.versionFlag, "version", false, "print version and exit")
flag.StringVar(&cmd.cpOption, "classpath", "", "classpath")
flag.StringVar(&cmd.cpOption, "cp", "", "classpath")
flag.StringVar(&cmd.XjreOption, "Xjre", "", "path to jre")
flag.Parse()
args := flag.Args()
if len(args) > 0 {
//第一個(gè)參數(shù)是主類名
cmd.class = args[0]
cmd.args = args[1:]
}
return cmd
}
3.3獲取用戶類路徑
可以把類路徑想象成一個(gè)大的整體，它由啟動(dòng)類路徑、擴(kuò)展類路徑和用戶類路徑三個(gè)小路徑構(gòu)成。
三個(gè)小路徑又分別由更小的路徑構(gòu)成。是不是很像組合模式(composite pattern)？
接下來將使用組合模式來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)類路徑。
1.Entry接口
定義一個(gè)Entry接口，作為所有類的基準(zhǔn)。
package classpath
import "os"
// :(linux/unix) or ;(windows)
const pathListSeparator = string(os.PathListSeparator)
type Entry interface {
// className: fully/qualified/ClassName.class
readClass(classpath string) ([]byte, Entry, error)
String() string
}
常量pathListSeparator是string類型，存放路徑分隔符，后面會(huì)用到。
Entry接口中有個(gè)兩方法。
readClass()方法：負(fù)責(zé)尋找和加載class 文件。
參數(shù)是class文件的相對(duì)路徑，路徑之間用斜線/分隔，文件名有.class后綴。比如要讀取java.lang.Object類，傳 入的參數(shù)應(yīng)該是java/lang/Object.class。返回值是讀取到的字節(jié)數(shù)據(jù)、最終定位到class文件的Entry，以及錯(cuò)誤信息。
String()方法：作用相當(dāng)于Java中的toString()，用于返回變量 的字符串表示。
Go的函數(shù)或方法允許返回多個(gè)值，按照慣例，可以使用最后一個(gè)返回值作為錯(cuò)誤信息。
還需要一個(gè)類似于JAVA構(gòu)造函數(shù)的函數(shù)，但在Go語言中沒有構(gòu)造函數(shù)的概念,對(duì)象的創(chuàng)建通常交由一個(gè)全局的創(chuàng)建函數(shù)來完成,以NewXXX來命令,表示"構(gòu)造函數(shù)"
newEntry()函數(shù)根據(jù)參數(shù)創(chuàng)建不同類型的Entry實(shí)例，代碼如下：
func newEntry(path string) Entry {
////如果路徑包含分隔符 表示有多個(gè)文件
if strings.Contains(path, pathListSeparator) {
return newCompositeEntry(path)
}
//包含*，則說明要將相應(yīng)目錄下的所有class文件加載
if strings.HasSuffix(path, "*") {
return newWildcardEntry(path)
}
//包含.jar，則說明是jar文件，通過zip方式加載
if strings.HasSuffix(path, ".jar") || strings.HasSuffix(path, ".JAR") ||
strings.HasSuffix(path, ".zip") || strings.HasSuffix(path, ".ZIP") {
return newZipEntry(path)
}
return newDirEntry(path)
}
2.實(shí)現(xiàn)類
存在四種類路徑指定方式：
- 普通路徑形式：gyb/gyb
- jar/zip形式：/gyb/gyb.jar
- 通配符形式：gyb/*
- 多個(gè)路徑形式：gyb/1:/gyb/2
DirEntry(普通形式)
創(chuàng)建entry_dir.go，定義DirEntry結(jié)構(gòu)體：
package classpath
import "io/ioutil"
import "path/filepath"
type DirEntry struct {
absDir string
}
func newDirEntry(path string) *DirEntry {
//轉(zhuǎn)化為絕對(duì)路徑
absDir, err := filepath.Abs(path)
if err != nil {
panic(err)
}
return &DirEntry{absDir}
}
func (self *DirEntry) readClass(className string) ([]byte, Entry, error) {
//拼接類文件目錄 和 類文件名
// '/gyb/xxx/' + 'helloworld.class' = '/gyb/xxx/helloworld.class'
fileName := filepath.Join(self.absDir, className)
data, err := ioutil.ReadFile(fileName)
return data, self, err
}
func (self *DirEntry) String() string {
return self.absDir
}
DirEntry只有一個(gè)字段，用于存放目錄的絕對(duì)路徑。
和Java語言不同，Go結(jié)構(gòu)體不需要顯示實(shí)現(xiàn)接口，只要方法匹配即可。
ZipEntry(jar/zip形式)
package classpath
import "archive/zip"
import "errors"
import "io/ioutil"
import "path/filepath"
type ZipEntry struct {
absPath string
}
func newZipEntry(path string) *ZipEntry {
absPath, err := filepath.Abs(path)
if err != nil {
panic(err)
}
return &ZipEntry{absPath}
}
func (self *ZipEntry) readClass(className string) ([]byte, Entry, error) {
r, err := zip.OpenReader(self.absPath)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
defer r.Close()
for _, f := range r.File {
if f.Name == className {
rc, err := f.Open()
if err != nil {
return nil, nil, err
}
defer rc.Close()
data, err := ioutil.ReadAll(rc)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
return data, self, nil
}
}
return nil, nil, errors.New("class not found: " + className)
}
func (self *ZipEntry) String() string {
return self.absPath
}
首先打開ZIP文件，如果這一步出錯(cuò)的話，直接返回。然后遍歷 ZIP壓縮包里的文件，看能否找到class文件。如果能找到，則打開 class文件，把內(nèi)容讀取出來，并返回。如果找不到，或者出現(xiàn)其他錯(cuò) 誤，則返回錯(cuò)誤信息。有兩處使用了defer語句來確保打開的文件得 以關(guān)閉。
CompositeEntry(多路徑形式)
CompositeEntry由更小的Entry組成，正好可以表示成[]Entry。
在Go語言中，數(shù)組屬于比較低層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，很少直接使用。大部分情況下，使用更便利的slice類型。
構(gòu)造函數(shù)把參數(shù)（路徑列表）按分隔符分成小路徑，然后把每個(gè)小路徑都轉(zhuǎn)換成具體的 Entry實(shí)例。
package classpath
import "errors"
import "strings"
type CompositeEntry []Entry
func newCompositeEntry(pathList string) CompositeEntry {
compositeEntry := []Entry{}
for _, path := range strings.Split(pathList, pathListSeparator) {
//去判斷 path 屬于哪其他三種哪一種情況 生成對(duì)應(yīng)的 ClassDirEntry類目錄對(duì)象
entry := newEntry(path)
compositeEntry = append(compositeEntry, entry)
}
return compositeEntry
}
func (self CompositeEntry) readClass(className string) ([]byte, Entry, error) {
//遍歷切片 中的 類目錄對(duì)象
for _, entry := range self {
//如果找到了 對(duì)應(yīng)的 類 直接返回
data, from, err := entry.readClass(className)
if err == nil {
return data, from, nil
}
}
//沒找到 返回錯(cuò)誤
return nil, nil, errors.New("class not found: " + className)
}
func (self CompositeEntry) String() string {
strs := make([]string, len(self))
for i, entry := range self {
strs[i] = entry.String()
}
return strings.Join(strs, pathListSeparator)
}
WildcardEntry(通配符形式)
WildcardEntry實(shí)際上也是CompositeEntry，所以就不再定義新的類型了。
首先把路徑末尾的星號(hào)去掉，得到baseDir，然后調(diào)用filepath包的Walk()函數(shù)遍歷baseDir創(chuàng)建ZipEntry。Walk()函數(shù)的第二個(gè)參數(shù) 也是一個(gè)函數(shù)。
在walkFn中，根據(jù)后綴名選出JAR文件，并且返回SkipDir跳過子目錄（通配符類路徑不能遞歸匹配子目錄下的JAR文件）。
package classpath
import "os"
import "path/filepath"
import "strings"
func newWildcardEntry(path string) CompositeEntry {
//截取通用匹配符 /gyb/* 截取掉 *
baseDir := path[:len(path)-1] // remove *
//多個(gè) 類目錄對(duì)象
compositeEntry := []Entry{}
walkFn := func(path string, info os.FileInfo, err error) error {
if err != nil {
return err
}
//如果為空
if info.IsDir() && path != baseDir {
return filepath.SkipDir
}
//如果是 .jar 或者 .JAR 結(jié)尾的文件
if strings.HasSuffix(path, ".jar") || strings.HasSuffix(path, ".JAR") {
jarEntry := newZipEntry(path)
compositeEntry = append(compositeEntry, jarEntry)
}
return nil
}
//遍歷 目錄下所有 .jar .JAR 文件 生成ZipEntry目錄對(duì)象 放在切片中返回
//walFn為函數(shù)
filepath.Walk(baseDir, walkFn)
return compositeEntry
}
3.4實(shí)現(xiàn)類目錄
前面提到了java 虛擬機(jī)默認(rèn) 會(huì)先從啟動(dòng)路徑--->擴(kuò)展類路徑 --->用戶類路徑
按順序依次去尋找，加載類。
那么就會(huì)有3個(gè)類目錄對(duì)象，所以就要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體去存放它。
type Classpath struct {
BootClasspath Entry
ExtClasspath Entry
UserClasspath Entry
}
啟動(dòng)類路徑
啟動(dòng)路徑,其實(shí)對(duì)應(yīng)Jre目錄下``lib` 也就是運(yùn)行java 程序必須可少的基本運(yùn)行庫。
通過 -Xjre 指定 如果不指定 會(huì)在當(dāng)前路徑下尋找jre 如果找不到 就會(huì)從我們?cè)谘bjava是配置的JAVA_HOME環(huán)境變量 中去尋找。
所以獲取驗(yàn)證環(huán)境變量的方法如下：
func getJreDir(jreOption string) string {
//如果 從cmd -Xjre 獲取到目錄 并且存在
if jreOption != "" && exists(jreOption) {
//返回目錄
return jreOption
}
//如果 當(dāng)前路徑下 有 jre 返回目錄
if exists("./jre") {
return "./jre"
}
//如果 上面都找不到 到系統(tǒng)環(huán)境 變量中尋找
if jh := os.Getenv("JAVA_HOME"); jh != "" {
//存在 就返回
return filepath.Join(jh, "jre")
}
//都找不到 就報(bào)錯(cuò)
panic("Can not find jre folder!")
}
//判斷 目錄是否存在
func exists(path string) bool {
if _, err := os.Stat(path); err != nil {
if os.IsNotExist(err) { return false
} }
return true }
擴(kuò)展類路徑
擴(kuò)展類 路徑一般 在啟動(dòng)路徑 的子目錄下jre/lib/ext
func (self *Classpath) parseBootAndExtClasspath(jreOption string) {
jreDir := getJreDir(jreOption)
// 拼接成jre 的路徑
// jre/lib/*
jreLibPath := filepath.Join(jreDir, "lib", "*")
//加載 所有底下的 jar包
self.BootClasspath = newWildcardEntry(jreLibPath)
// 拼接 擴(kuò)展類 的路徑
// jre/lib/ext/*
jreExtPath := filepath.Join(jreDir, "lib", "ext", "*")
//加載 所有底下的jar包
self.ExtClasspath = newWildcardEntry(jreExtPath)
}
用戶類路徑
用戶類路徑通過前面提到的 -classpath 來指定 ,如果沒有指定 就默認(rèn)為當(dāng)前路徑就好
func (self *Classpath) parseUserClasspath(cpOption string) {
//如果沒有指定
if cpOption == "" {
// . 作為當(dāng)前路徑
cpOption = "."
}
//創(chuàng)建 類目錄對(duì)象
self.UserClasspath = newEntry(cpOption)
}
實(shí)現(xiàn)類的加載
對(duì)于指定文件類名取查找 我們是按前面提到的(啟動(dòng)路徑--->擴(kuò)展類路徑 --->用戶類路徑
按順序依次去尋找，加載類),沒找到就挨個(gè)查找下去。
如果用戶沒有提供-classpath/-cp選項(xiàng)，則使用當(dāng)前目錄作為用 戶類路徑。ReadClass()方法依次從啟動(dòng)類路徑、擴(kuò)展類路徑和用戶 類路徑中搜索class文件，
//根據(jù)類名 分別從 bootClasspath,extClasspath,userClasspath 依次加載類目錄
func (self *Classpath) ReadClass(className string) ([]byte, ClassDirEntry, error) {
className = className + ".class"
if data, entry, err := self.BootClasspath.readClass(className); err == nil{ return data, entry, err }
if data, entry, err := self.ExtClasspath.readClass(className); err == nil { return data, entry, err }
return self.UserClasspath.readClass(className)
}
初始化類加載目錄
定義一個(gè)初始化函數(shù),來作為初始函數(shù),執(zhí)行后生成一個(gè) Classpath對(duì)象。
//jreOption 為啟動(dòng)類目錄 cpOption 為 用戶指定類目錄 從cmd 命令行 中解析獲取
func InitClassPath(jreOption, cpOption string) *Classpath {
cp := &Classpath{}
//初始化 啟動(dòng)類目錄
cp.parseBootAndExtClasspath(jreOption)
//初始化 用戶類目錄
cp.parseUserClasspath(cpOption)
return cp
}
注意，傳遞給ReadClass()方法的類名不包含“.class”后綴。
3.5總結(jié)
3.6測(cè)試
成功獲取到class文件！
四、解析Class文件
4.1 class文件介紹
作為類/接口信息的載體，每一個(gè)class文件都完整的定義了一個(gè)類，為了使Java程序可以實(shí)現(xiàn)“編寫一次，處處運(yùn)行”，java虛擬機(jī)對(duì)class文件的格式進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范。
但是對(duì)于從哪里加載class文件，給予了高度自由空間：第三節(jié)中說過，可以從文件系統(tǒng)讀取jar/zip文件中的class文件，除此之外，也可以從網(wǎng)絡(luò)下載，甚至是直接在運(yùn)行中生成class文件。
構(gòu)成class文件的基本數(shù)據(jù)單位是字節(jié)，可以把整個(gè)class文件當(dāng) 成一個(gè)字節(jié)流來處理。稍大一些的數(shù)據(jù)由連續(xù)多個(gè)字節(jié)構(gòu)成，這些數(shù)據(jù)在class文件中以大端(big-endian)方式存儲(chǔ)。
為了描述class文件格式，Java虛擬機(jī)規(guī)范定義了u1、u2和u4三種數(shù)據(jù)類型來表示1、 2和4字節(jié)無符號(hào)整數(shù)，分別對(duì)應(yīng)Go語言的uint8、uint16和uint32類型。
相同類型的多條數(shù)據(jù)一般按表（table）的形式存儲(chǔ)在class文件中。表由表頭和表項(xiàng)（item）構(gòu)成，表頭是u2或u4整數(shù)。假設(shè)表頭是 n，后面就緊跟著n個(gè)表項(xiàng)數(shù)據(jù)。
Java虛擬機(jī)規(guī)范使用一種類似C語言的結(jié)構(gòu)體語法來描述class 文件格式。整個(gè)class文件被描述為一個(gè)ClassFile結(jié)構(gòu)，代碼如下：
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
！表示大小不定。
4.2解析class文件
Go語言內(nèi)置了豐富的數(shù)據(jù)類型，非常適合處理class文件。
如下為Go和Java語言基本數(shù)據(jù)類型對(duì)照關(guān)系：
| Go語言類型 | Java語言類型 | 說明 |
|---|---|---|
| int8 | byte | 8比特有符號(hào)整數(shù) |
| uint8(別名byte) | N/A | 8比特?zé)o符號(hào)整數(shù) |
| int16 | short | 16比特有符號(hào)整數(shù) |
| uint16 | char | 16比特?zé)o符號(hào)整數(shù) |
| int32(別名rune) | int | 32比特有符號(hào)整數(shù) |
| uint32 | N/A | 32比特?zé)o符號(hào)整數(shù) |
| int64 | long | 64比特有符號(hào)整數(shù) |
| uint64 | N/A | 64比特?zé)o符號(hào)整數(shù) |
| float32 | float | 32比特IEEE-754浮點(diǎn)數(shù) |
| float64 | double | 64比特IEEE-754浮點(diǎn)數(shù) |
4.2.1讀取數(shù)據(jù)
解析class文件的第一步是從里面讀取數(shù)據(jù)。雖然可以把class文件當(dāng)成字節(jié)流來處理，但是直接操作字節(jié)很不方便，所以先定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體ClassReader來幫助讀取數(shù)據(jù)，創(chuàng)建class_reader.go。
package classfile
import "encoding/binary"
type ClassReader struct {
data []byte
}
func (self *ClassReader) readUint8() uint8 {...} // u1
func (self *ClassReader) readUint16() uint16 {...} // u2
func (self *ClassReader) readUint32() uint32 {...} // u4
func (self *ClassReader) readUint64() uint64 {...}
func (self *ClassReader) readUint16s() []uint16 {...}
func (self *ClassReader) readBytes(length uint32) []byte {...}
ClassReader只是[]byte類型的包裝而已。readUint8（）讀取u1類型數(shù)據(jù)。
ClassReader并沒有使用索引記錄數(shù)據(jù)位置，而是使用Go 語言的reslice語法跳過已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)
實(shí)現(xiàn)代碼如下：
// u1
func (self *ClassReader) readUint8() uint8 {
val := self.data[0]
self.data = self.data[1:]
return val
}
// u2
func (self *ClassReader) readUint16() uint16 {
val := binary.BigEndian.Uint16(self.data)
self.data = self.data[2:]
return val
}
// u4
func (self *ClassReader) readUint32() uint32 {
val := binary.BigEndian.Uint32(self.data)
self.data = self.data[4:]
return val
}
func (self *ClassReader) readUint64() uint64 {
val := binary.BigEndian.Uint64(self.data)
self.data = self.data[8:]
return val
}
func (self *ClassReader) readUint16s() []uint16 {
n := self.readUint16()
s := make([]uint16, n)
for i := range s {
s[i] = self.readUint16()
}
return s
}
func (self *ClassReader) readBytes(n uint32) []byte {
bytes := self.data[:n]
self.data = self.data[n:]
return bytes
}
Go標(biāo)準(zhǔn)庫encoding/binary包中定義了一個(gè)變量BigEndian，可以從[]byte中解碼多字節(jié)數(shù)據(jù)。
4.2.2解析整體結(jié)構(gòu)
有了ClassReader，可以開始解析class文件了。創(chuàng)建class_file.go文件，在其中定義ClassFile結(jié)構(gòu)體,與4.1中的class文件中字段對(duì)應(yīng)。
package classfile
import "fmt"
type ClassFile struct {
//magic uint32
minorVersion uint16
majorVersion uint16
constantPool ConstantPool
accessFlags uint16
thisClass uint16
superClass uint16
interfaces []uint16
fields []*MemberInfo
methods []*MemberInfo
attributes []AttributeInfo
}
在class_file.go文件中實(shí)現(xiàn)一系列函數(shù)和方法。
func Parse(classData []byte) (cf *ClassFile, err error) {...}
func (self *ClassFile) read(reader *ClassReader) {...}
func (self *ClassFile) readAndCheckMagic(reader *ClassReader) {...}
func (self *ClassFile) readAndCheckVersion(reader *ClassReader) {...}
func (self *ClassFile) MinorVersion() uint16 {...} // getter
func (self *ClassFile) MajorVersion() uint16 {...} // getter
func (self *ClassFile) ConstantPool() ConstantPool {...} // getter
func (self *ClassFile) AccessFlags() uint16 {...} // getter
func (self *ClassFile) Fields() []*MemberInfo {...} // getter
func (self *ClassFile) Methods() []*MemberInfo {...} // getter
func (self *ClassFile) ClassName() string {...}
func (self *ClassFile) SuperClassName() string {...}
func (self *ClassFile) InterfaceNames() []string {...}
相比Java語言，Go的訪問控制非常簡(jiǎn)單：只有公開和私有兩種。
所有首字母大寫的類型、結(jié)構(gòu)體、字段、變量、函數(shù)、方法等都是公開的，可供其他包使用。
首字母小寫則是私有的，只能在包內(nèi)部使用。
解析[]byte
Parse（）函數(shù)把[]byte解析成ClassFile結(jié)構(gòu)體。
func Parse(classData []byte) (cf *ClassFile, err error) {
defer func() {
//嘗試捕獲 panic，并將其存儲(chǔ)在變量 r 中。如果沒有發(fā)生 panic，r 將為 nil。
if r := recover(); r != nil {
var ok bool
//判斷 r 是否是一個(gè) error 類型
err, ok = r.(error)
if !ok {
err = fmt.Errorf("%v", r)
}
}
}()
cr := &ClassReader{classData}
cf = &ClassFile{}
cf.read(cr)
return
}
順序解析
read（） 方法依次調(diào)用其他方法解析class文件，順序一定要保證正確，與class文件相對(duì)應(yīng)。
func (self *ClassFile) read(reader *ClassReader) {
//讀取并檢查類文件的魔數(shù)。
self.readAndCheckMagic(reader)
//讀取并檢查類文件的版本號(hào)。
self.readAndCheckVersion(reader)
//解析常量池，常量池類還沒寫
self.constantPool = readConstantPool(reader)
//讀取類的訪問標(biāo)志
self.accessFlags = reader.readUint16()
//讀取指向當(dāng)前類在常量池中的索引
self.thisClass = reader.readUint16()
//父類在常量池中的索引
self.superClass = reader.readUint16()
//讀取接口表的數(shù)據(jù)
self.interfaces = reader.readUint16s()
//讀取類的字段信息
self.fields = readMembers(reader, self.constantPool)
//讀取類的方法信息
self.methods = readMembers(reader, self.constantPool)
//讀取類的屬性信息(類級(jí)別的注解、源碼文件等)
self.attributes = readAttributes(reader, self.constantPool)
}
self.readAndCheckMagic(reader): 這是一個(gè)ClassFile結(jié)構(gòu)的方法，用于讀取并檢查類文件的魔數(shù)。魔數(shù)是類文件的標(biāo)識(shí)符，用于確定文件是否為有效的類文件。self.readAndCheckVersion(reader): 這個(gè)方法用于讀取并檢查類文件的版本號(hào)。Java類文件具有版本號(hào)，標(biāo)識(shí)了它們的Java編譯器版本。這里會(huì)對(duì)版本號(hào)進(jìn)行檢查。self.constantPool = readConstantPool(reader): 這一行代碼調(diào)用readConstantPool函數(shù)來讀取常量池部分的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在ClassFile結(jié)構(gòu)的constantPool字段中。常量池是一個(gè)包含各種常量信息的表格，用于支持類文件中的各種符號(hào)引用。self.accessFlags = reader.readUint16(): 這一行代碼讀取類的訪問標(biāo)志，它標(biāo)識(shí)類的訪問權(quán)限，例如public、private等。self.thisClass = reader.readUint16(): 這行代碼讀取指向當(dāng)前類在常量池中的索引，表示當(dāng)前類的類名。self.superClass = reader.readUint16(): 這行代碼讀取指向父類在常量池中的索引，表示當(dāng)前類的父類名。self.interfaces = reader.readUint16s(): 這行代碼讀取接口表的數(shù)據(jù)，表示當(dāng)前類實(shí)現(xiàn)的接口。self.fields = readMembers(reader, self.constantPool): 這行代碼調(diào)用readMembers函數(shù)，以讀取類的字段信息，并將它們存儲(chǔ)在fields字段中。字段包括類的成員變量。self.methods = readMembers(reader, self.constantPool): 這行代碼類似于上一行，但它讀取類的方法信息，并將它們存儲(chǔ)在methods字段中。self.attributes = readAttributes(reader, self.constantPool): 最后，這行代碼調(diào)用readAttributes函數(shù)，以讀取類的屬性信息，并將它們存儲(chǔ)在attributes字段中。屬性包括類級(jí)別的注解、源碼文件等信息。
以下均為類似于Java的getter方法，以后將不再贅述。
func (self *ClassFile) MinorVersion() uint16 {
return self.minorVersion
}
func (self *ClassFile) MajorVersion() uint16 {
return self.majorVersion
}
func (self *ClassFile) ConstantPool() ConstantPool {
return self.constantPool
}
func (self *ClassFile) AccessFlags() uint16 {
return self.accessFlags
}
func (self *ClassFile) Fields() []*MemberInfo {
return self.fields
}
func (self *ClassFile) Methods() []*MemberInfo {
return self.methods
}
ClassName從常量池中獲取，SuperClassName同理，常量池還未實(shí)現(xiàn)。
所有類的超類(父類),Object是java中唯一沒有父類的類,一個(gè)類可以不是Object的直接子類,但一定是繼承于Object并拓展于Object。
func (self *ClassFile) ClassName() string {
return self.constantPool.getClassName(self.thisClass)
}
func (self *ClassFile) SuperClassName() string {
if self.superClass > 0 {
return self.constantPool.getClassName(self.superClass)
}
//Object類
return ""
}
Java的類是單繼承，多實(shí)現(xiàn)的，因此獲取接口應(yīng)該使用循環(huán)，也從常量池中獲取。
func (self *ClassFile) InterfaceNames() []string {
interfaceNames := make([]string, len(self.interfaces))
for i, cpIndex := range self.interfaces {
interfaceNames[i] = self.constantPool.getClassName(cpIndex)
}
return interfaceNames
}
解析魔數(shù)
很多文件格式都會(huì)規(guī)定滿足該格式的文件必須以某幾個(gè)固定字節(jié)開頭，這幾個(gè)字節(jié)主要起標(biāo)識(shí)作用，叫作魔數(shù)(magic number)。
- PDF文件以4字節(jié)“%PDF”（0x25、0x50、0x44、0x46）開頭
- ZIP 文件以2字節(jié)“PK”（0x50、0x4B）開頭
- class文件的魔數(shù) 是“0xCAFEBABE” 。
因此readAndCheckMagic（）方法的代碼如下。
func (self *ClassFile) readAndCheckMagic(reader *ClassReader) {
magic := reader.readUint32()
if magic != 0xCAFEBABE {
panic("java.lang.ClassFormatError: magic!")
}
}
Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，如果加載的class文件不符合要求的格式，Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)就拋出java.lang.ClassFormatError異常。
但是因?yàn)槲覀儾艅倓傞_始編寫虛擬機(jī)，還無法拋出異常，所以暫時(shí)先調(diào)用 panic()方法終止程序執(zhí)行。
版本號(hào)
解析版本號(hào)
魔數(shù)之后是class文件的次版本號(hào)和主版本號(hào)，都是u2類型。
假設(shè)某class文件的主版本號(hào)是M，次版本號(hào)是m，那么完整的版本號(hào) 可以表示成M.m的形式。
次版本號(hào)只在J2SE 1.2之前用過，從1.2 開始基本上就沒什么用了（都是0）。
主版本號(hào)在J2SE 1.2之前是45， 從1.2開始，每次有大的Java版本發(fā)布，都會(huì)加1。
| Java 版本 | 類文件版本號(hào) |
|---|---|
| Java 1.1 | 45.3 |
| Java 1.2 | 46.0 |
| Java 1.3 | 47.0 |
| Java 1.4 | 48.0 |
| Java 5 | 49.0 |
| Java 6 | 50.0 |
| Java 7 | 51.0 |
| Java 8 | 52.0 |
特定的Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)只能支持版本號(hào)在某個(gè)范圍內(nèi)的class文 件。
Oracle的實(shí)現(xiàn)是完全向后兼容的，比如Java SE 8支持版本號(hào)為 45.0~52.0的class文件。
如果版本號(hào)不在支持的范圍內(nèi)，Java虛擬機(jī) 實(shí)現(xiàn)就拋出java.lang.UnsupportedClassVersionError異常。參考 Java 8，支持版本號(hào)為45.0~52.0的class文件。如果遇到其他版本號(hào)， 調(diào)用panic()方法終止程序執(zhí)行。
如下為檢查版本號(hào)代碼：
func (self *ClassFile) readAndCheckVersion(reader *ClassReader) {
self.minorVersion = reader.readUint16()
self.majorVersion = reader.readUint16()
switch self.majorVersion {
case 45:
return
case 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52:
if self.minorVersion == 0 {
return
}
}
panic("java.lang.UnsupportedClassVersionError!")
}
解析類訪問標(biāo)識(shí)
版本號(hào)之后是常量池，但是由于常量池比較復(fù)雜，所以放到4.3 節(jié)介紹。
常量池之后是類訪問標(biāo)志，這是一個(gè)16位的bitmask，指出class文件定義的是類還是接口，訪問級(jí)別是public還是private，等等。
本章只對(duì)class文件進(jìn)行初步解析，并不做完整驗(yàn)證，所以只是讀取類訪問標(biāo)志以備后用。
ClassFileTest的類訪問標(biāo)志為：0X21:
解析類和父類索引
類訪問標(biāo)志之后是兩個(gè)u2類型的常量池索引，分別給出類名和超類名。
class文件存儲(chǔ)的類名類似完全限定名，但是把點(diǎn)換成了 斜線，Java語言規(guī)范把這種名字叫作二進(jìn)制名binary names。
因?yàn)槊總€(gè)類都有名字，所以thisClass必須是有效的常量池索引。
除 java.lang.Object之外，其他類都有超類，所以superClass只在 Object.class中是0，在其他class文件中必須是有效的常量池索引。如下，ClassFileTest的類索引是5，超類索引是6。
解析接口索引表
類和超類索引后面是接口索引表，表中存放的也是常量池索引，給出該類實(shí)現(xiàn)的所有接口的名字。ClassFileTest沒有實(shí)現(xiàn)接口， 所以接口表是空的
解析字段和方法表
接口索引表之后是字段表和方法表，分別存儲(chǔ)字段和方法信息。
字段和方法的基本結(jié)構(gòu)大致相同，差別僅在于屬性表。
下面是 Java虛擬機(jī)規(guī)范給出的字段結(jié)構(gòu)定義
field_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
和類一樣，字段和方法也有自己的訪問標(biāo)志。訪問標(biāo)志之后是一個(gè)常量池索引，給出字段名或方法名，然后又是一個(gè)常量池索引，給出字段或方法的描述符，最后是屬性表。
為了避免重復(fù)代 碼，用一個(gè)結(jié)構(gòu)體統(tǒng)一表示字段和方法。
package classfile
type MemberInfo struct {
cp ConstantPool
accessFlags uint16
nameIndex uint16
descriptorIndex uint16
attributes []AttributeInfo
}
func readMembers(reader *ClassReader, cp ConstantPool) []*MemberInfo {...}
func readMember(reader *ClassReader, cp ConstantPool) *MemberInfo {...}
func (self *MemberInfo) AccessFlags() uint16 {...} // getter
func (self *MemberInfo) Name() string {...}
func (self *MemberInfo) Descriptor() string {...}
cp字段保存常量池指針，后面會(huì)用到它。readMembers（）讀取字段表或方法表，代碼如下：
func readMembers(reader *ClassReader, cp ConstantPool) []*MemberInfo {
memberCount := reader.readUint16()
members := make([]*MemberInfo, memberCount)
for i := range members {
members[i] = readMember(reader, cp)
}
return members
}
readMember（）函數(shù)讀取字段或方法數(shù)據(jù)。
func readMember(reader *ClassReader, cp ConstantPool) *MemberInfo {
return &MemberInfo{
cp: cp,
accessFlags: reader.readUint16(),
nameIndex: reader.readUint16(),
descriptorIndex: reader.readUint16(),
attributes: readAttributes(reader, cp),
}
}
Name（）從常量 池查找字段或方法名，Descriptor（）從常量池查找字段或方法描述 符
func (self *MemberInfo) Name() string {
return self.cp.getUtf8(self.nameIndex)
}
func (self *MemberInfo) Descriptor() string {
return self.cp.getUtf8(self.descriptorIndex)
}
4.2.3解析常量池
常量池占據(jù)了class文件很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)，里面存放著各式各樣的常量信息，包括數(shù)字和字符串常量、類和接口名、字段和方法名，等等
創(chuàng)建constant_pool.go文件，里面定義 ConstantPool類型。
package classfile
type ConstantPool []ConstantInfo
func readConstantPool(reader *ClassReader) ConstantPool {...}
func (self ConstantPool) getConstantInfo(index uint16) ConstantInfo {...}
func (self ConstantPool) getNameAndType(index uint16) (string, string) {...}
func (self ConstantPool) getClassName(index uint16) string {...}
func (self ConstantPool) getUtf8(index uint16) string {...}
常量池實(shí)際上也是一個(gè)表，但是有三點(diǎn)需要特別注意。
表頭給出的常量池大小比實(shí)際大1。假設(shè)表頭給出的值是n，那么常量池的實(shí)際大小是n–1。
有效的常量池索引是1~n–1。0是無效索引，表示不指向任何常量。
CONSTANT_Long_info和CONSTANT_Double_info各占兩個(gè)位置。也就是說，如果常量池中存在這兩種常量，實(shí)際的常量數(shù)量比n–1還要少，而且1~n–1的某些 數(shù)也會(huì)變成無效索引。
常量池由readConstantPool()函數(shù)讀取，代碼如下：
func readConstantPool(reader *ClassReader) ConstantPool {
cpCount := int(reader.readUint16())
cp := make([]ConstantInfo, cpCount)
// 索引從1開始
for i := 1; i < cpCount; i++ {
cp[i] = readConstantInfo(reader, cp)
switch cp[i].(type) {
//占兩個(gè)位置
case *ConstantLongInfo, *ConstantDoubleInfo:
i++
}
}
return cp
}
getConstantInfo()方法按索引查找常量
func (self ConstantPool) getConstantInfo(index uint16) ConstantInfo {
if cpInfo := self[index]; cpInfo != nil {
return cpInfo
}
panic(fmt.Errorf("Invalid constant pool index: %v!", index))
}
getNameAndType()方法從常量池查找字段或方法的名字和描述符
func (self ConstantPool) getNameAndType(index uint16) (string, string) {
ntInfo := self.getConstantInfo(index).(*ConstantNameAndTypeInfo)
name := self.getUtf8(ntInfo.nameIndex)
_type := self.getUtf8(ntInfo.descriptorIndex)
return name, _type
}
getClassName()方法從常量池查找類名
func (self ConstantPool) getClassName(index uint16) string {
classInfo := self.getConstantInfo(index).(*ConstantClassInfo)
return self.getUtf8(classInfo.nameIndex)
}
getUtf8()方法從常量池查找UTF-8字符串
func (self ConstantPool) getUtf8(index uint16) string {
utf8Info := self.getConstantInfo(index).(*ConstantUtf8Info)
return utf8Info.str
}
ConstPool接口
由于常量池中存放的信息各不相同，所以每種常量的格式也不同。
常量數(shù)據(jù)的第一字節(jié)是tag，用來區(qū)分常量類型。
下面是Java 虛擬機(jī)規(guī)范給出的常量結(jié)構(gòu)
cp_info {
u1 tag;
u1 info[];
}
Java虛擬機(jī)規(guī)范一共定義了14種常量。創(chuàng)建constant_info.go文件，在其中定義tag常量值，代碼如下：
package classfile
// Constant pool tags
const (
CONSTANT_Class = 7
CONSTANT_Fieldref = 9
CONSTANT_Methodref = 10
CONSTANT_InterfaceMethodref = 11
CONSTANT_String = 8
CONSTANT_Integer = 3
CONSTANT_Float = 4
CONSTANT_Long = 5
CONSTANT_Double = 6
CONSTANT_NameAndType = 12
CONSTANT_Utf8 = 1
CONSTANT_MethodHandle = 15
CONSTANT_MethodType = 16
CONSTANT_InvokeDynamic = 18
)
定義ConstantInfo接口來表示常量信息
type ConstantInfo interface {
readInfo(reader *ClassReader)
}
//讀取常量信息
func readConstantInfo(reader *ClassReader, cp ConstantPool) ConstantInfo {...}
func newConstantInfo(tag uint8, cp ConstantPool) ConstantInfo {...}
readInfo（）方法讀取常量信息，需要由具體的常量結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)。 readConstantInfo（）函數(shù)先讀出tag值，然后調(diào)用newConstantInfo（）函數(shù)創(chuàng)建具體的常量，最后調(diào)用常量的readInfo（）方法讀取常量信息， 代碼如下：
func readConstantInfo(reader *ClassReader, cp ConstantPool) ConstantInfo {
tag := reader.readUint8()
c := newConstantInfo(tag, cp)
c.readInfo(reader)
return c
}
newConstantInfo（）根據(jù)tag值創(chuàng)建具體的常量，代碼如下：
func newConstantInfo(tag uint8, cp ConstantPool) ConstantInfo {
switch tag {
case CONSTANT_Integer:
return &ConstantIntegerInfo{}
case CONSTANT_Float:
return &ConstantFloatInfo{}
case CONSTANT_Long:
return &ConstantLongInfo{}
case CONSTANT_Double:
return &ConstantDoubleInfo{}
case CONSTANT_Utf8:
return &ConstantUtf8Info{}
case CONSTANT_String:
return &ConstantStringInfo{cp: cp}
case CONSTANT_Class:
return &ConstantClassInfo{cp: cp}
case CONSTANT_Fieldref:
return &ConstantFieldrefInfo{ConstantMemberrefInfo{cp: cp}}
case CONSTANT_Methodref:
return &ConstantMethodrefInfo{ConstantMemberrefInfo{cp: cp}}
case CONSTANT_InterfaceMethodref:
return &ConstantInterfaceMethodrefInfo{ConstantMemberrefInfo{cp: cp}}
case CONSTANT_NameAndType:
return &ConstantNameAndTypeInfo{}
case CONSTANT_MethodType:
return &ConstantMethodTypeInfo{}
case CONSTANT_MethodHandle:
return &ConstantMethodHandleInfo{}
case CONSTANT_InvokeDynamic:
return &ConstantInvokeDynamicInfo{}
default:
panic("java.lang.ClassFormatError: constant pool tag!")
}
}
CONSTANT_Integer_info
CONSTANT_Integer_info使用4字節(jié)存儲(chǔ)整數(shù)常量，其JVM結(jié)構(gòu)定義如下:
CONSTANT_Integer_info {
u1 tag;
u4 bytes;
}
CONSTANT_Integer_info和后面將要介紹的其他三種數(shù)字常量無論是結(jié)構(gòu)，還是實(shí)現(xiàn)，都非常相似，所以把它們定義在同一個(gè)文件中。創(chuàng)建cp_numeric.go文件，在其中定義 ConstantIntegerInfo結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
package classfile
import "math"
type ConstantIntegerInfo struct {
val int32
}
func (self *ConstantIntegerInfo) readInfo(reader *ClassReader) {...}
readInfo（）先讀取一個(gè)uint32數(shù)據(jù)，然后把它轉(zhuǎn)型成int32類型， 代碼如下
func (self *ConstantIntegerInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
bytes := reader.readUint32()
self.val = int32(bytes)
}
CONSTANT_Float_info
CONSTANT_Float_info使用4字節(jié)存儲(chǔ)IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)常量，JVM結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_Float_info {
u1 tag;
u4 bytes;
}
在cp_numeric.go文件中定義ConstantFloatInfo結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type ConstantFloatInfo struct {
val float32
}
func (self *ConstantFloatInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
bytes := reader.readUint32()
self.val = math.Float32frombits(bytes)
}
CONSTANT_Long_info
CONSTANT_Long_info使用8字節(jié)存儲(chǔ)整數(shù)常量，結(jié)構(gòu)如下:
CONSTANT_Long_info {
u1 tag;
u4 high_bytes;
u4 low_bytes;
}
在cp_numeric.go文件中定義ConstantLongInfo結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type ConstantLongInfo struct {
val int64
}
func (self *ConstantLongInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
bytes := reader.readUint64()
self.val = int64(bytes)
}
CONSTANT_Double_info
最后一個(gè)數(shù)字常量是CONSTANT_Double_info，使用8字節(jié)存儲(chǔ)IEEE754雙精度浮點(diǎn)數(shù)，結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_Double_info {
u1 tag;
u4 high_bytes;
u4 low_bytes;
}
在cp_numeric.go文件中定義ConstantDoubleInfo結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type ConstantDoubleInfo struct {
val float64
}
func (self *ConstantDoubleInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
bytes := reader.readUint64()
self.val = math.Float64frombits(bytes)
}
CONSTANT_Utf8_info
CONSTANT_Utf8_info常量里放的是MUTF-8編碼的字符串， 結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_Utf8_info {
u1 tag;
u2 length;
u1 bytes[length];
}
Java類文件中使用MUTF-8（Modified UTF-8）編碼而不是標(biāo)準(zhǔn)的UTF-8，是因?yàn)镸UTF-8在某些方面更適合于在Java虛擬機(jī)內(nèi)部處理字符串。以下是一些原因：
空字符的表示: 在標(biāo)準(zhǔn)的UTF-8編碼中，空字符（U+0000）會(huì)使用單個(gè)字節(jié)0x00表示，這與C字符串中的字符串終止符相同，可能引起混淆。在MUTF-8中，空字符會(huì)使用0xC0 0x80來表示，避免了混淆。
編碼長度: MUTF-8編碼中的每個(gè)字符都使用1至3個(gè)字節(jié)來表示，這與UTF-8編碼相比更緊湊。對(duì)于大多數(shù)常見的字符集，這可以減少存儲(chǔ)和傳輸開銷。
字符的編碼范圍: MUTF-8編碼對(duì)字符的范圍進(jìn)行了限制，只包含Unicode BMP（基本多文種平面）范圍內(nèi)的字符。這些字符通常足夠用于表示Java標(biāo)識(shí)符和字符串文字。
兼容性: 早期版本的Java使用的是MUTF-8編碼，因此為了保持與早期版本的兼容性，后續(xù)版本也繼續(xù)使用MUTF-8。這有助于確保Java類文件的可互操作性。
創(chuàng)建cp_utf8.go文件，在其中定義 ConstantUtf8Info結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type ConstantUtf8Info struct {
str string
}
func (self *ConstantUtf8Info) readInfo(reader *ClassReader) {
length := uint32(reader.readUint16())
bytes := reader.readBytes(length)
self.str = decodeMUTF8(bytes)
}
Java序列化機(jī)制也使用了MUTF-8編碼。
java.io.DataInput和 java.io.DataOutput接口分別定義了readUTF()和writeUTF()方法，可以讀寫MUTF-8編碼的字符串。
如下為簡(jiǎn)化版的java.io.DataInputStream.readUTF()
// mutf8 -> utf16 -> utf32 -> string
func decodeMUTF8(bytearr []byte) string {
utflen := len(bytearr)
chararr := make([]uint16, utflen)
var c, char2, char3 uint16
count := 0
chararr_count := 0
for count < utflen {
c = uint16(bytearr[count])
if c > 127 {
break
}
count++
chararr[chararr_count] = c
chararr_count++
}
for count < utflen {
c = uint16(bytearr[count])
switch c >> 4 {
case 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7:
/* 0xxxxxxx*/
count++
chararr[chararr_count] = c
chararr_count++
case 12, 13:
/* 110x xxxx 10xx xxxx*/
count += 2
if count > utflen {
panic("malformed input: partial character at end")
}
char2 = uint16(bytearr[count-1])
if char2&0xC0 != 0x80 {
panic(fmt.Errorf("malformed input around byte %v", count))
}
chararr[chararr_count] = c&0x1F<<6 | char2&0x3F
chararr_count++
case 14:
/* 1110 xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx*/
count += 3
if count > utflen {
panic("malformed input: partial character at end")
}
char2 = uint16(bytearr[count-2])
char3 = uint16(bytearr[count-1])
if char2&0xC0 != 0x80 || char3&0xC0 != 0x80 {
panic(fmt.Errorf("malformed input around byte %v", (count - 1)))
}
chararr[chararr_count] = c&0x0F<<12 | char2&0x3F<<6 | char3&0x3F<<0
chararr_count++
default:
/* 10xx xxxx, 1111 xxxx */
panic(fmt.Errorf("malformed input around byte %v", count))
}
}
// The number of chars produced may be less than utflen
chararr = chararr[0:chararr_count]
runes := utf16.Decode(chararr)
return string(runes)
}
- 初始化
chararr數(shù)組，用于存儲(chǔ)UTF-16字符。 - 遍歷MUTF-8字節(jié)數(shù)組中的字節(jié)，根據(jù)字節(jié)的值來判斷字符的編碼方式。
- 如果字節(jié)值小于128，表示ASCII字符，直接轉(zhuǎn)換為UTF-16并存儲(chǔ)。
- 如果字節(jié)值在特定范圍內(nèi)，表示多字節(jié)字符，需要根據(jù)UTF-8編碼規(guī)則進(jìn)行解碼。
- 如果遇到不符合規(guī)則的字節(jié)，拋出異常來處理錯(cuò)誤情況。
- 最后，將解碼后的UTF-16字符轉(zhuǎn)換為Go字符串。
CONSTANT_String_info
CONSTANT_String_info常量表示java.lang.String字面量，結(jié)構(gòu)如下:
CONSTANT_String_info {
u1 tag;
u2 string_index;
}
可以看到，CONSTANT_String_info本身并不存放字符串?dāng)?shù)據(jù)
只存了常量池索引，這個(gè)索引指向一個(gè)CONSTANT_Utf8_info常量。
下創(chuàng)建cp_string.go文件，在其中定義 ConstantStringInfo結(jié)構(gòu)體
type ConstantStringInfo struct {
cp ConstantPool
stringIndex uint16
}
func (self *ConstantStringInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
self.stringIndex = reader.readUint16()
}
String()方法按索引從常量池中查找字符串:
func (self *ConstantStringInfo) String() string {
return self.cp.getUtf8(self.stringIndex)
}
CONSTANT_Class_info
CONSTANT_Class_info常量表示類或者接口的符號(hào)引用
他是對(duì)類或者接口的符號(hào)引用。它描述的可以是當(dāng)前類型的信息，也可以描述對(duì)當(dāng)前類的引用，還可以描述對(duì)其他類的引用。JVM結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_Class_info {
u1 tag;
u2 name_index;
}
和CONSTANT_String_info類似，name_index是常量池索引，指向CONSTANT_Utf8_info常量。
創(chuàng)建 cp_class.go文件，定義ConstantClassInfo結(jié)構(gòu)體
type ConstantClassInfo struct {
cp ConstantPool
nameIndex uint16
}
func (self *ConstantClassInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
self.nameIndex = reader.readUint16()
}
func (self *ConstantClassInfo) Name() string {
return self.cp.getUtf8(self.nameIndex)
}
CONSTANT_NameAndType_info
CONSTANT_NameAndType_info給出字段或方法的名稱和描述符。
CONSTANT_Class_info和CONSTANT_NameAndType_info加在 一起可以唯一確定一個(gè)字段或者方法。其結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_NameAndType_info {
u1 tag;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
}
字段或方法名由name_index給出，字段或方法的描述符由descriptor_index給出。
name_index和descriptor_index都是常量池索引，指向CONSTANT_Utf8_info常量。
Java虛擬機(jī)規(guī)范定義了一種簡(jiǎn)單的語法來描述字段和方法，可以根據(jù)下面的規(guī)則生成描述符。
一、類型描述符
- 基本類型byte、short、char、int、long、float和double的描述符是單個(gè)字母，分別對(duì)應(yīng)B、S、C、I、J、F和D。注意，long的描述符是J 而不是L。
- 引用類型的描述符是L＋類的完全限定名＋分號(hào)。
- 數(shù)組類型的描述符是[＋數(shù)組元素類型描述符
二、字段描述符
? 字段類型的描述符
三、方法描述符
? 分號(hào)分隔的參數(shù)類型描述符+返回值類型描述符，其中void返回值由單個(gè)字母V表示。
Java語言支持方法重載（override），不同的方法可 以有相同的名字，只要參數(shù)列表不同即可。
這就是為什么 CONSTANT_NameAndType_info結(jié)構(gòu)要同時(shí)包含名稱和描述符的原因。
創(chuàng)建cp_name_and_type.go文件，在其中定義ConstantName-AndTypeInfo結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type ConstantNameAndTypeInfo struct {
nameIndex uint16
descriptorIndex uint16
}
func (self *ConstantNameAndTypeInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
self.nameIndex = reader.readUint16()
self.descriptorIndex = reader.readUint16()
}
CONSTANT_Fieldref_info、 CONSTANT_Methodref_info和 CONSTANT_InterfaceMethodref_info
CONSTANT_Fieldref_info表示字段符號(hào)引用，CONSTANT_Methodref_info表示普通（非接口）方法符號(hào)引用， CONSTANT_InterfaceMethodref_info表示接口方法符號(hào)引用。這三種常量結(jié)構(gòu)一模一樣。
其中CONSTANT_Fieldref_info的結(jié)構(gòu)如下：
CONSTANT_Fieldref_info {
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index;
}
class_index和name_and_type_index都是常量池索引，分別指向CONSTANT_Class_info和CONSTANT_NameAndType_info常量。
創(chuàng)建cp_member_ref.go文件，定義一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體ConstantMemberrefInfo來表示這3種常量，然后定義三個(gè)結(jié)構(gòu)體“繼承”ConstantMemberrefInfo。
Go語言并沒有“繼承”這個(gè)概念，但是可以通過結(jié)構(gòu)體嵌套來模擬
type ConstantFieldrefInfo struct{ ConstantMemberrefInfo }
type ConstantMethodrefInfo struct{ ConstantMemberrefInfo }
type ConstantInterfaceMethodrefInfo struct{ ConstantMemberrefInfo }
type ConstantMemberrefInfo struct {
cp ConstantPool
classIndex uint16
nameAndTypeIndex uint16
}
func (self *ConstantMemberrefInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
self.classIndex = reader.readUint16()
self.nameAndTypeIndex = reader.readUint16()
}
func (self *ConstantMemberrefInfo) ClassName() string {
return self.cp.getClassName(self.classIndex)
}
func (self *ConstantMemberrefInfo) NameAndDescriptor() (string, string) {
return self.cp.getNameAndType(self.nameAndTypeIndex)
}
還有三個(gè)常量沒有介紹：CONSTANT_MethodType_info、 CONSTANT_MethodHandle_info和 CONSTANT_InvokeDynamic_info。它們是Java SE 7才添加到class文件中的，目的是支持新增的invokedynamic指令。本次暫不實(shí)現(xiàn)。
總結(jié)
可以把常量池中的常量分為兩類：字面量(literal)和符號(hào)引用 (symbolic reference)。
字面量包括數(shù)字常量和字符串常量，符號(hào)引用包括類和接口名、字段和方法信息等。
除了字面量，其他常量都是通過索引直接或間接指向CONSTANT_Utf8_info常量，以 CONSTANT_Fieldref_info為例，如下所示。
4.2.4解析屬性表
一些重要的信息沒有出現(xiàn)，如方法的字節(jié)碼等。那么這些信息存在哪里呢？答案是屬性表。
AttributeInfo接口
和常量池類似，各種屬性表達(dá)的信息也各不相同，因此無法用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)來定義。不同之處在于，常量是由Java虛擬機(jī)規(guī)范嚴(yán)格 定義的，共有14種。
但屬性是可以擴(kuò)展的，不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可以定義自己的屬性類型。
由于這個(gè)原因，Java虛擬機(jī)規(guī)范沒有使用tag，而是使用屬性名來區(qū)別不同的屬性。
屬性數(shù)據(jù)放在屬性名之后的u1表中，這樣Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)就可以跳過自己無法識(shí)別的屬性。 屬性的結(jié)構(gòu)定義如下：
attribute_info {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
}
屬性表中存放的屬性名實(shí)際上并不是編碼后的字符串， 而是常量池索引，指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info常量。
創(chuàng)建attribute_info.go文件，在其中定義 AttributeInfo接口
package classfile
type AttributeInfo interface {
readInfo(reader *ClassReader)
}
func readAttributes(reader *ClassReader, cp ConstantPool) []AttributeInfo {...}
func readAttribute(reader *ClassReader, cp ConstantPool) AttributeInfo {...}
func newAttributeInfo(attrName string, attrLen uint32,cp ConstantPool) AttributeInfo {...}
和ConstantInfo接口一樣，AttributeInfo接口也只定義了一個(gè)readInfo()方法，需要由具體的屬性實(shí)現(xiàn)。readAttributes()函數(shù)讀取屬性表。
func readAttributes(reader *ClassReader, cp ConstantPool) []AttributeInfo {
attributesCount := reader.readUint16()
attributes := make([]AttributeInfo, attributesCount)
for i := range attributes {
attributes[i] = readAttribute(reader, cp)
}
return attributes
}
讀取單個(gè)屬性函數(shù)：
func readAttribute(reader *ClassReader, cp ConstantPool) AttributeInfo {
attrNameIndex := reader.readUint16()
attrName := cp.getUtf8(attrNameIndex)
attrLen := reader.readUint32()
attrInfo := newAttributeInfo(attrName, attrLen, cp)
attrInfo.readInfo(reader)
return attrInfo
}
readAttribute()先讀取屬性名索引，根據(jù)它從常量池中找到屬性名，然后讀取屬性長度，接著調(diào)用newAttributeInfo()函數(shù)創(chuàng)建具體的屬性實(shí)例。
Java虛擬機(jī)規(guī)范預(yù)定義了23種屬性，先解析其中的8種。newAttributeInfo()函數(shù)的代碼如下
func newAttributeInfo(attrName string, attrLen uint32, cp ConstantPool) AttributeInfo {
switch attrName {
case "Code":
return &CodeAttribute{cp: cp}
case "ConstantValue":
return &ConstantValueAttribute{}
case "Deprecated":
return &DeprecatedAttribute{}
case "Exceptions":
return &ExceptionsAttribute{}
case "LineNumberTable":
return &LineNumberTableAttribute{}
case "LocalVariableTable":
return &LocalVariableTableAttribute{}
case "SourceFile":
return &SourceFileAttribute{cp: cp}
case "Synthetic":
return &SyntheticAttribute{}
default:
return &UnparsedAttribute{attrName, attrLen, nil}
}
}
創(chuàng)建attr_unparsed.go文件中，定義UnparsedAttribute結(jié)構(gòu)體
package classfile
/*
attribute_info {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
}
*/
type UnparsedAttribute struct {
name string
length uint32
info []byte
}
func (self *UnparsedAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
self.info = reader.readBytes(self.length)
}
func (self *UnparsedAttribute) Info() []byte {
return self.info
}
按照用途，23種預(yù)定義屬性可以分為三組。
- 第一組屬性是實(shí)現(xiàn) Java虛擬機(jī)所必需的，共有5種；
- 第二組屬性是Java類庫所必需的，共有12種；
- 第三組屬性主要提供給工具使用，共有6種。
第三組屬性是可選的，也就是說可以不出現(xiàn)在class文件中。如果class文件中存在第三組屬性，Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)或者Java類庫也是可以利用它們 的，比如使用LineNumberTable屬性在異常堆棧中顯示行號(hào)。
如下給出了這23 種屬性出現(xiàn)的Java版本、分組以及它們?cè)赾lass文件中的位置。
Deprecated和Synthetic屬性
Deprecated和Synthetic是最簡(jiǎn)單的兩種屬性，僅起標(biāo)記作用，不包含任何數(shù)據(jù)。
這兩種屬性都是JDK1.1引入的，可以出現(xiàn)在 ClassFile、field_info和method_info結(jié)構(gòu)中，它們的結(jié)構(gòu)定義如下:
Deprecated_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
}
Synthetic_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
}
由于不包含任何數(shù)據(jù)，所以attribute_length的值必須是0。
Deprecated屬性用于指出類、接口、字段或方法已經(jīng)不建議使用，編譯器等工具可以根據(jù)Deprecated屬性輸出警告信息。
J2SE 5.0之前 可以使用Javadoc提供的@deprecated標(biāo)簽指示編譯器給類、接口、字段或方法添加Deprecated屬性，語法格式如下：
/** @deprecated */
public void oldMethod() {...}
從J2SE 5.0開始，也可以使用@Deprecated注解，語法格式如下:
@Deprecated
public void oldMethod() {}
在Java中，編譯器可能會(huì)生成一些額外的方法、字段或類，用于支持內(nèi)部的匿名內(nèi)部類、枚舉、泛型等特性。這些生成的元素可能會(huì)被標(biāo)記為 Synthetic。
創(chuàng)建attr_markers.go文件，在其中定義 DeprecatedAttribute和SyntheticAttribute結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
package classfile
type DeprecatedAttribute struct { MarkerAttribute }
type SyntheticAttribute struct { MarkerAttribute }
type MarkerAttribute struct{}
func (self *MarkerAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
// read nothing
}
SourceFile屬性
SourceFile 屬性是Java類文件中的一個(gè)屬性，它用于指定源文件的名稱，即生成該類文件的源代碼文件的名稱。這個(gè)屬性并不直接影響類的運(yùn)行時(shí)行為。其結(jié)構(gòu)定義如下：
SourceFile_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 sourcefile_index;
}
attribute_length的值必須是2。sourcefile_index是常量池索引， 指向CONSTANT_Utf8_info常量
創(chuàng)建 attr_source_file.go文件，在其中定義SourceFileAttribute結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
package classfile
type SourceFileAttribute struct {
cp ConstantPool
sourceFileIndex uint16
}
func (self *SourceFileAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
self.sourceFileIndex = reader.readUint16()
}
func (self *SourceFileAttribute) FileName() string {
return self.cp.getUtf8(self.sourceFileIndex)
}
例如，如果有一個(gè)名為 MyClass.java 的源代碼文件，它包含以下類：
public class MyClass {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, World!");
}
}
當(dāng)編譯 MyClass.java 文件時(shí)，會(huì)生成一個(gè)名為 MyClass.class 的類文件，并在其中添加一個(gè) SourceFile 屬性，將其值設(shè)置為 MyClass.java。
ConstantValue屬性
ConstantValue 屬性是Java類文件中的一個(gè)屬性，通常與字段（field）相關(guān)聯(lián)。這個(gè)屬性的作用是為字段提供一個(gè)常量初始值。這意味著，如果您在類中聲明一個(gè)字段，并為其分配了 ConstantValue 屬性，那么該字段的初始值將在類加載時(shí)被設(shè)置為 ConstantValue 中指定的常量。
ConstantValue_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 constantvalue_index;
}
例如，假設(shè)有以下Java代碼：
public class MyClass {
public final int myField = 42;
}
在對(duì)應(yīng)的類文件中，將包含一個(gè) ConstantValue 屬性，指定了常量值 42，并與 myField 字段相關(guān)聯(lián)。當(dāng)類加載時(shí)，myField 將被初始化為 42。
constantvalue_index是常量池索引，具體指向哪種常量因字段類型而異，如下為對(duì)照表
創(chuàng)建attr_constant_value.go文件，在其中定義ConstantValueAttribute結(jié)構(gòu)體，代碼如下:
package classfile
type ConstantValueAttribute struct {
constantValueIndex uint16
}
func (self *ConstantValueAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
self.constantValueIndex = reader.readUint16()
}
func (self *ConstantValueAttribute) ConstantValueIndex() uint16 {
return self.constantValueIndex
}
Code屬性
Code 屬性是Java類文件中的一個(gè)屬性，通常與方法（Method）相關(guān)聯(lián)。
它包含了方法的字節(jié)碼指令，即實(shí)際的可執(zhí)行代碼。Code 屬性是Java類文件中最重要的屬性之一，因?yàn)樗朔椒ǖ膶?shí)際執(zhí)行邏輯。
以下是關(guān)于 Code 屬性的一些重要信息：
屬性結(jié)構(gòu)：Code 屬性通常包含以下信息：
- 最大堆棧深度（
max_stack）：方法執(zhí)行時(shí)所需的最大堆棧深度。 - 局部變量表的大?。?code>max_locals）：方法內(nèi)部局部變量表的大小。
- 字節(jié)碼指令（
code）：實(shí)際的字節(jié)碼指令序列，即方法的執(zhí)行代碼。 - 異常處理器列表（
exception_table）：用于捕獲和處理異常的信息。 - 方法屬性（
attributes）：其他與方法相關(guān)的屬性，例如局部變量表、行號(hào)映射表等。
字節(jié)碼指令：Code 屬性中的 code 部分包含了方法的實(shí)際字節(jié)碼指令，這些指令由Java虛擬機(jī)執(zhí)行。每個(gè)指令執(zhí)行一些特定的操作，例如加載、存儲(chǔ)、算術(shù)操作、分支、方法調(diào)用等。
異常處理：Code 屬性中的 exception_table 部分包含了異常處理器的信息，指定了哪些字節(jié)碼范圍可以拋出哪些異常，并且指定了如何處理這些異常。
局部變量表：Code 屬性中的局部變量表（max_locals）用于存儲(chǔ)方法執(zhí)行期間的局部變量，例如方法參數(shù)和臨時(shí)變量。
屬性：Code 屬性中還可以包含其他屬性，如局部變量表、行號(hào)映射表等，這些屬性提供了更多的調(diào)試和運(yùn)行時(shí)信息。
Code 屬性是Java虛擬機(jī)實(shí)際執(zhí)行方法的關(guān)鍵部分，它描述了方法的行為和操作，包括如何處理輸入和生成輸出。編譯器將源代碼編譯為字節(jié)碼，然后將字節(jié)碼填充到 Code 屬性中，這使得Java程序可以在虛擬機(jī)上執(zhí)行。
創(chuàng)建attr_code.go文件，定義CodeAttribute結(jié)構(gòu)體、ExceptionTableEntry結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type CodeAttribute struct {
cp ConstantPool
maxStack uint16
maxLocals uint16
code []byte
exceptionTable []*ExceptionTableEntry
attributes []AttributeInfo
}
func (self *CodeAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
self.maxStack = reader.readUint16()
self.maxLocals = reader.readUint16()
codeLength := reader.readUint32()
self.code = reader.readBytes(codeLength)
self.exceptionTable = readExceptionTable(reader)
self.attributes = readAttributes(reader, self.cp)
}
type ExceptionTableEntry struct {
startPc uint16
endPc uint16
handlerPc uint16
catchType uint16
}
func readExceptionTable(reader *ClassReader) []*ExceptionTableEntry {
exceptionTableLength := reader.readUint16()
exceptionTable := make([]*ExceptionTableEntry, exceptionTableLength)
for i := range exceptionTable {
exceptionTable[i] = &ExceptionTableEntry{
startPc: reader.readUint16(),
endPc: reader.readUint16(),
handlerPc: reader.readUint16(),
catchType: reader.readUint16(),
}
}
return exceptionTable
}
Exceptions屬性
Exceptions屬性通常與方法（Method）相關(guān)聯(lián)，用于指定方法可能拋出的受檢查異常（checked exceptions）的列表。
Exceptions_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 number_of_exceptions;
u2 exception_index_table[number_of_exceptions];
}
創(chuàng)建attr_exceptions.go文件，在其中定義ExceptionsAttribute結(jié)構(gòu)體
type ExceptionsAttribute struct {
exceptionIndexTable []uint16
}
func (self *ExceptionsAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
self.exceptionIndexTable = reader.readUint16s()
}
func (self *ExceptionsAttribute) ExceptionIndexTable() []uint16 {
return self.exceptionIndexTable
}
LineNumberTable和LocalVariableTable屬性
LineNumberTable 和 LocalVariableTable 屬性是Java類文件中的兩個(gè)用于調(diào)試和運(yùn)行時(shí)跟蹤的屬性，它們包含了與源代碼中行號(hào)和局部變量相關(guān)的信息。
LineNumberTable 屬性：用于建立源代碼行號(hào)和字節(jié)碼指令之間的映射。它允許開發(fā)工具在調(diào)試時(shí)將異常棧軌跡映射到源代碼的特定行，以便開發(fā)者可以更容易地定位和修復(fù)代碼中的問題。結(jié)構(gòu)如下：
LineNumberTable {
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];
}
LocalVariableTable 屬性：用于跟蹤局部變量的信息，包括局部變量的名稱、數(shù)據(jù)類型、作用域范圍和字節(jié)碼偏移。
創(chuàng)建attr_line_number_table.go文件，定義LineNumberTableAttribute結(jié)構(gòu)體，代碼如下：
type LineNumberTableAttribute struct {
lineNumberTable []*LineNumberTableEntry
}
type LineNumberTableEntry struct {
startPc uint16
lineNumber uint16
}
func (self *LineNumberTableAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
lineNumberTableLength := reader.readUint16()
self.lineNumberTable = make([]*LineNumberTableEntry, lineNumberTableLength)
for i := range self.lineNumberTable {
self.lineNumberTable[i] = &LineNumberTableEntry{
startPc: reader.readUint16(),
lineNumber: reader.readUint16(),
}
}
}
func (self *LineNumberTableAttribute) GetLineNumber(pc int) int {
for i := len(self.lineNumberTable) - 1; i >= 0; i-- {
entry := self.lineNumberTable[i]
if pc >= int(entry.startPc) {
return int(entry.lineNumber)
}
}
return -1
}
創(chuàng)建attr_local_variable_table.go文件，定義LocalVariableTableAttribute，代碼如下：
type LocalVariableTableAttribute struct {
localVariableTable []*LocalVariableTableEntry
}
type LocalVariableTableEntry struct {
startPc uint16
length uint16
nameIndex uint16
descriptorIndex uint16
index uint16
}
func (self *LocalVariableTableAttribute) readInfo(reader *ClassReader) {
localVariableTableLength := reader.readUint16()
self.localVariableTable = make([]*LocalVariableTableEntry, localVariableTableLength)
for i := range self.localVariableTable {
self.localVariableTable[i] = &LocalVariableTableEntry{
startPc: reader.readUint16(),
length: reader.readUint16(),
nameIndex: reader.readUint16(),
descriptorIndex: reader.readUint16(),
index: reader.readUint16(),
}
}
}
4.3測(cè)試
打開ch03\main.go文件，修改import語句和startJVM()函數(shù)，代碼如下：
package main
import "fmt"
import "strings"
import "jvmgo/ch03/classfile"
import "jvmgo/ch03/classpath"
func main() {
cmd := parseCmd()
if cmd.versionFlag {
fmt.Println("version 0.0.1")
} else if cmd.helpFlag || cmd.class == "" {
printUsage()
} else {
startJVM(cmd)
}
}
func startJVM(cmd *Cmd) {
cp := classpath.Parse(cmd.XjreOption, cmd.cpOption)
className := strings.Replace(cmd.class, ".", "/", -1)
cf := loadClass(className, cp)
fmt.Println(cmd.class)
printClassInfo(cf)
}
func loadClass(className string, cp *classpath.Classpath) *classfile.ClassFile {
classData, _, err := cp.ReadClass(className)
if err != nil {
panic(err)
}
cf, err := classfile.Parse(classData)
if err != nil {
panic(err)
}
return cf
}
func printClassInfo(cf *classfile.ClassFile) {
fmt.Printf("version: %v.%v\n", cf.MajorVersion(), cf.MinorVersion())
fmt.Printf("constants count: %v\n", len(cf.ConstantPool()))
fmt.Printf("access flags: 0x%x\n", cf.AccessFlags())
fmt.Printf("this class: %v\n", cf.ClassName())
fmt.Printf("super class: %v\n", cf.SuperClassName())
fmt.Printf("interfaces: %v\n", cf.InterfaceNames())
fmt.Printf("fields count: %v\n", len(cf.Fields()))
for _, f := range cf.Fields() {
fmt.Printf(" %s\n", f.Name())
}
fmt.Printf("methods count: %v\n", len(cf.Methods()))
for _, m := range cf.Methods() {
fmt.Printf(" %s\n", m.Name())
}
}
首先go install jvmgo\ch03 生產(chǎn)ch03.exe
然后執(zhí)行，并輸入命令行語句，得到結(jié)果如下：
- version: 52.0：這表示
java.lang.String類的類文件版本為 52.0。類文件版本號(hào)與Java版本號(hào)有關(guān)，52.0 對(duì)應(yīng)于Java 8。 - constants count: 548：這表示常量池中包含 548 個(gè)常量。常量池包含了類的常量、方法、字段等信息。
- access flags: 0x31：這表示類的訪問標(biāo)志，
0x31是十六進(jìn)制表示，對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制00110001。這些標(biāo)志描述類的訪問權(quán)限和特性。 - this class: java/lang/String：這表示類的名稱，即
java.lang.String。 - super class: java/lang/Object：這表示
java.lang.String類繼承自java.lang.Object類。 - interfaces: [java/io/Serializable java/lang/Comparable java/lang/CharSequence]：這表示
java.lang.String類實(shí)現(xiàn)了三個(gè)接口，分別是Serializable、Comparable和CharSequence。 - fields count: 5：這表示
java.lang.String類包含 5 個(gè)字段。 - methods count: 94：這表示
java.lang.String類包含 94 個(gè)方法。其中一些是構(gòu)造方法（<init>），其他是實(shí)例方法。
以上就是Golang實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)之解析class文件詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Go實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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