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5.3 檢查類文件

類文件是二進制塊，所以想直接和它打交道不太容易。但有很多時候你會發現必須和類文件交手。

比如說，為了在運行時更好地監控（比如通過JMX）應用程序，你需要加上額外的公共方法。重新編譯和再次部署看起來順利完成了，但檢查管理API時卻發現沒有那些方法。又進行了幾次構建和部署還是沒有發現。

為了找出部署問題，你需要檢查一下javac產生的類文件是不是你想要的那個。還有時侯你需要研究那些沒有源碼的類文件，以驗證文檔中是不是真有你所懷疑的錯誤。

對於類似的任務，你必須用工具檢查類文件的內容。好在標準的Oracle JVM中有javap這個工具，用它來探視類文件內部和反彙編類文件非常得心應手。

我們一開始會先介紹javap，以及為檢查類文件而設置的各種基本參數。接下來會討論方法名稱和類型在JVM內部的一些表示方式。然後看一下常量池，它是JVM的「藏寶箱」，對於理解字節碼如何工作非常重要。

5.3.1　介紹javap

javap的用處很多，既能看類聲明了什麼方法，又能輸出字節碼。我們來看一下javap最簡單的用途，在第4章討論的微博Update上試一下。 

$ javap wgjd/ch04/Update.class

Compiled from \"Update.java\"
public class wgjd.ch04.Update extends java.lang.Object {
  public wgjd.ch04.Author getAuthor;
  public java.lang.String getUpdateText;
  public int hashCode;
  public boolean equals(java.lang.Object);
  public java.lang.String toString;
  wgjd.ch04.Update(wgjd.ch04.Update$Builder, wgjd.ch04.Update);
}

默認情況下，javap會顯示訪問權限為public、protected和默認（即包級protected）級別的方法。加上-p選項後還可以顯示private方法和域。

5.3.2　方法簽名的內部形式

JVM內部用的方法簽名和javap顯示出來供人閱讀的形式不太一樣。隨著我們對JVM的不斷深入，這些內部名稱出現將更加頻繁。如果你趕時間，可以跳過這一節。但請記住它，因為你可能還要回來參考這些內容。

在緊湊形式中，類型名稱是經過壓縮的。比如int是用I表示的。這些緊湊形式有時被稱為類型描述符。表5-2中是類型描述符的完整列表。

表5-2　類型描述符

描述符 類型 B byte C char（16位Unicode字符） Ddouble Ffloat IInt J Long L<類型名稱> 引用類型（比如Ljava/lang/String; 用於字符串） S short Zboolean [ array-of

某些情況下，類型描述符可能比類型名稱還要長（比如Ljava/lang/Object就比Object長），但類型描述符是完全限定的，所以可以直接解析。

javap還有一個有用的選項-s，可以輸出簽名的類型描述符，所以你沒必要用那個表自己做轉換。你可以使用javap高級一些的方法來顯示我們之前看過的一些方法的簽名： 

$ javap -s wgjd/ch04/Update.class
Compiled from \"Update.java\"
public class wgjd.ch04.Update extends java.lang.Object {
  public wgjd.ch04.Author getAuthor;
  Signature: Lwgjd/ch04/Author;

  public java.lang.String getUpdateText;
  Signature: Ljava/lang/String;

  public int compareTo(wgjd.ch04.Update);
  Signature: (Lwgjd/ch04/Update;)I

  public int hashCode;
  Signature: I
  ...
}

如你所見，方法簽名中的所有類型都是用類型描述符表示的。

在下一節中你會看到類型描述符的另一個用途。它會出現在類文件中非常重要的部分——常量池。

5.3.3　常量池

常量池是為類文件中的其他（常量）元素提供快捷訪問方式的區域。如果你研究過C或Perl之類的語言，應該知道符號表，對於JVM來說，常量池就類似於符號表。但和其他語言不同，Java沒有完全開放對常量池中信息的訪問。

為了不糾纏於過多的細節，我們用一個非常簡單的例子來演示常量池。下面是一個簡單的「遊戲圍欄」或者叫「演算本」類。我們在這個類的 run裡面寫一點代碼，就可以快速測試Java的語法特性或類庫。

代碼清單5-5　遊戲圍欄樣例類 

package wgjd.ch04;
public class ScratchImpl {
  private static ScratchImpl inst = null;
  private ScratchImpl {
  }
  private void run {
  }
  public static void main(String args) {
    inst = new ScratchImpl;
    inst.run;
  }
}

要查看常量池中的信息，可以用javap-v。這個命令還會輸出很多其他信息，不過我們只關注常量池中的條目。

如下所示： 

#1 = Class             #2                // wgjd/ch04/ScratchImpl
#2 = Utf8              wgjd/ch04/ScratchImpl
#3 = Class             #4                // java/lang/Object
#4 = Utf8              java/lang/Object
#5 = Utf8              inst
#6 = Utf8              Lwgjd/ch04/ScratchImpl;
#7 = Utf8              <clinit>
#8 = Utf8               V
#9 = Utf8              Code
#10 = Fieldref         #1.#11           // wgjd/ch04/ScratchImpl.inst:Lwgjd/ch04/ScratchImpl;
#11 = NameAndType      #5:#6            // instance:Lwgjd/ch04/ScratchImpl;
#12 = Utf8             LineNumberTable
#13 = Utf8             LocalVariableTable
#14 = Utf8             <init>
#15 = Methodref        #3.#16          // java/lang/Object.\"<init>\":V
#16 = NameAndType      #14:#8          // \"<init>\":V
#17 = Utf8             this
#18 = Utf8             run
#19 = Utf8             ([Ljava/lang/String;)V
#20 = Methodref        #1.#21          // wgjd/ch04/ScratchImpl.run:V
#21 = NameAndType      #18:#8          // run:V
#22 = Utf8             args
#23 = Utf8             [Ljava/lang/String;
#24 = Utf8             main
#25 = Methodref        #1.#16         // wgjd/ch04/ScratchImpl.\"<init>\":V
#26 = Methodref        #1. #27        // wgjd/ch04/ScratchImpl.run:([Ljava/lang/String;)V
#27 = NameAndType      #18:#19        // run:([Ljava/lang/String;)V
#28 = Utf8             SourceFile
#29 = Utf8             ScratchImpl.java

如你所見，常量池中的條目是帶有類型的。它們還會相互引用，比如說，一個類型為Class的條目會引用類型為Utf8的條目。而Utf8的條目是個字符串，所以Class條目引用的Utf8條目應該是類的名稱。

表5-3是可能出現在常量池中的條目集。在討論常量池中的條目時，有時會用CONSTANT_前綴，比如CONSTANT_Class。

表5-3　常量池條目

名稱描述 Class 類常量。引用類的名稱（Utf8 條目） Fieldref 定義域。引用該域的Class 和 NameAndType Methodref 定義方法。引用該方法的Class和NameAndType InterfaceMethodref 定義接口方法。引用該方法的Class 和 NameAndType String 字符串常量。引用保存字符的Utf8常量 Integer 整型常量（4字節） Float 浮點常量（4字節） Long 長整型常量（8字節） Double 雙精度浮點型常量（8字節） NameAndType 描述名稱和類型對。類型引用一個保存類型描述符的Utf8條目 Utf8一個表示以Utf8編碼的字符的二進制字節流 InvokeDynamic （Java 7中新引入的）見5.5節 MethodHandle （Java 7中新引入的）描述MethodHandle常量 MethodType （Java 7中新引入的）描述MethodType常量

你可以用這個表格從演算類的常量池中看到常量解析的例子。比如條目#10中的Fieldref。

要解析一個域，你需要名稱、類型，還有它所在的類：#10的值是#1.#11，這就是說常量#11來自類#1。在輸出中可以很容易看出#1確實是一個Class類型的常量，並且#11是NameAndType。#1指向ScratchImpl類本身，#11是#5:#6——一個名稱為inst的ScratchImpl變量。所以綜合來看，#10指向ScratchImpl類內部的自身靜態變量inst（你可能已經從清單5-6的輸出中猜出來了）。

在類加載過程中的驗證環節，有一步是檢查類文件中的靜態信息是否一致的。前面的例子是運行時在加載新類時要做的完整性檢查。

對於類文件的基本結構，我們已經討論的差不多了。接下來要進入下一話題——字節碼。理解源碼如何變成字節碼會對你理解代碼如何運行有很大的幫助。在學習第6章以及後面的章節時，還能引導你更加深入地瞭解平台的能力。

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