手写 JVM —— 2. 解析 class 文件
前言
补充下上一节的代码（老年人记性），到上一节为止的代码在https://github.com/CN-GuoZiyang/SpicyChickenJVM/tree/b4a2092f5af74de68441dbb16b49bc831fcb337d
上一节我们已经可以将任意类的字节码直接加载进虚拟机了，这一节我们来对这些看不懂的信息进行解析。
本节的代码位于 https://github.com/CN-GuoZiyang/SpicyChickenJVM/tree/5429210040d12d0f5ee67e8912ed94e906fe07ff
class 结构读取
上一节最后，我们将一个 class 文件的所有字节完整地读到了内存里，那么我们如何解析这些字节，就依赖 JVM 规范中定义的 class 文件的组织方式了。
JVM 规范定义了 u1、u2 和 u4 三种数据类型来分别表示 1、2 和 4 字节的无符号整数。如果有相同类型的多条数据，JVM 会按照表的形式存储，表分为表头和表项，一般表头就是一个 u2 或 u4 的数字，表示表项的个数，紧跟着表头的就是所有的表项了。
JVM 规范将 class 文件表示为如下的结构体：
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];
} 我们来实现一个类 ClassReader 来方便地从字节数组中读取一定个数的字节，并且转换为不同的数据类型。我们用 int 来存储 u1 和 u2，用 long 存储 u4。
ClassReader 构造时传入了要被读取的字节数组，在读取时将从上一次读取的地方继续读取。
public class ClassReader {
private byte[] data;
public ClassReader(byte[] data) {
this.data = data;
}
private byte[] readByte(int length) {
byte[] copy = new byte[length];
System.arraycopy(data, 0, copy, 0, length);
System.arraycopy(data, length, data, 0, data.length - length);
return copy;
}
} readByte 方法在读取之后会将剩余的未读取字节复制到数组头部，这样每次只需要从第 0 个字节开始读就可以，而不用记录索引数据。
接着就可以包装一些方法来快速读取 u1、u2 和 u4。
// read u1
public int readUint8() {
byte[] val = readByte(1);
return byte2int(val);
}
// read u2
public int readUint16() {
byte[] val = readByte(2);
return byte2int(val);
}
// read u4
public long readUint32() {
byte[] val = readByte(4);
String str_hex = new BigInteger(1, val).toString(16);
return Long.parseLong(str_hex, 16);
}
// 读取一个 uint16 数组，第一个元素指定了数组的长度
public int[] readUint16s() {
int n = this.readUint16();
int[] s = new int[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
s[i] = this.readUint16();
}
return s;
} ClassFile
有了 ClassReader 辅助，我们就可以很方便地解析 class 文件了。我们首先来定义 class 文件结构：
public class ClassFile {
private int minorVersion;
private int majorVersion;
private ConstantPool constantPool;
private int accessFlags;
private int thisClassIdx;
private int supperClassIdx;
private int[] interfaces;
private MemberInfo[] fields;
private MemberInfo[] methods;
private AttributeInfo[] attributes;
public ClassFile(byte[] classData) {
ClassReader reader = new ClassReader(classData);
this.readAndCheckMagic(reader);
this.readAndCheckVersion(reader);
this.constantPool = this.readConstantPool(reader);
this.accessFlags = reader.readUint16();
this.thisClassIdx = reader.readUint16();
this.supperClassIdx = reader.readUint16();
this.interfaces = reader.readUint16s();
this.fields = MemberInfo.readMembers(reader, constantPool);
this.methods = MemberInfo.readMembers(reader, constantPool);
this.attributes = AttributeInfo.readAttributes(reader, constantPool);
}
} 在构造时，就会将各个结构解析好存储在私有属性中。以解析 magicNumber 、minorVersion 和 majorVersion 为例：
private void readAndCheckMagic(ClassReader reader) {
long magic = reader.readUint32();
if (magic != (0xCAFEBABE & 0x0FFFFFFFFL)) {
throw new ClassFormatError("magic!");
}
}
private void readAndCheckVersion(ClassReader reader) {
this.minorVersion = reader.readUint16();
this.majorVersion = reader.readUint16();
switch (this.majorVersion) {
case 45:
return;
case 46:
case 47:
case 48:
case 49:
case 50:
case 51:
case 52:
if (this.minorVersion == 0)
return;
}
throw new UnsupportedClassVersionError();
} 在解析获取数据时同时会检测数据合法性，以便及时抛出异常信息停止解析。
MemberInfo
因为字段和方法的结构基本一样，其差别仅仅在于属性表。所以我们定义一个 MemberInfo 类来存储字段和方法的基本信息。如下：
public class MemberInfo {
private ConstantPool constantPool;
private int accessFlags;
private int nameIdx;
private int descriptorIdx;
private AttributeInfo[] attributes;
private MemberInfo(ClassReader reader, ConstantPool constantPool) {
this.constantPool = constantPool;
this.accessFlags = reader.readUint16();
this.nameIdx = reader.readUint16();
this.descriptorIdx = reader.readUint16();
this.attributes = AttributeInfo.readAttributes(reader, constantPool);
}
} 定义一个 readMembers 方法，用于读取字段表或方法表：
static MemberInfo[] readMembers(ClassReader reader, ConstantPool constantPool) {
int fieldCount = reader.readUint16();
MemberInfo[] fields = new MemberInfo[fieldCount];
for (int i = 0; i < fieldCount; i++) {
fields[i] = new MemberInfo(reader, constantPool);
}
return fields;
} 解析常量池
class 文件中的常量池，由于还没有被加载到 JVM 中，所以称之为 “静态常量池”。静态常量池不仅仅包含字符串（数字）字面量，还包含类、方法的信息，占用class文件绝大部分空间。这种常量池主要用于存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用量（Symbolic References），字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了如下三种类型的常量：
- 类和接口的全限定名
- 字段名称和描述符
- 方法名称和描述符
静态常量池在 class 文件中被组织成一个表，在手动解析静态常量池时，需要注意以下三点：
- 表头给出的常量池大小比常量池的实际大小大 1，如表头的值为 n，实际大小就是 n-1
- 有效的常量池索引为 1~n-1，0 是无效索引
CONSTANT_Long_info和CONSTANT_Double_info占用常量池的两个位置
我们新建一个类 ConstantPool，并在构造方法中就将常量池信息解析好：
public ConstantPool(ClassReader reader) {
siz = reader.readUint16();
constantInfos = new ConstantInfo[siz];
for (int i = 1; i < siz; i++) {
constantInfos[i] = ConstantInfo.readConstantInfo(reader, this);
switch (constantInfos[i].tag()) {
// 这两种类型需要占用两个位置
case ConstantInfo.CONSTANT_TAG_DOUBLE:
case ConstantInfo.CONSTANT_TAG_LONG:
i++;
break;
}
}
} 可以看到在最开头就读入了一个 u2 类型的数字，这个数字就是表头，代表常量池的大小。
getNameAndType 方法按照索引从常量池中寻找字段或方法的名字和描述符，如下：
public Map<String, String> getNameAndType(int idx) {
ConstantNameAndTypeInfo constantInfo = (ConstantNameAndTypeInfo) this.constantInfos[idx];
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("name", this.getUTF8(constantInfo.nameIdx));
map.put("_type", this.getUTF8(constantInfo.descIdx));
return map;
} getClassName 方法通过下标从常量池查找类名，这个方法需要借助 getUtf8 方法，用来从常量池查找字符串：
public String getClassName(int idx){
ConstantClassInfo classInfo = (ConstantClassInfo) this.constantInfos[idx];
return this.getUTF8(classInfo.nameIdx);
}
public String getUTF8(int idx) {
ConstantUtf8Info utf8Info = (ConstantUtf8Info) this.constantInfos[idx];
return utf8Info == null ? "" : utf8Info.str();
} 可以看到，找到代表类的 ConstantClassInfo 后，表示它的名字的 nameIdx 字段实际上又指向了常量池的另一个元素，所以还需要再次查找才能获得它的名字。
ConstantInfo 接口
由于每种常量的存放格式各不相同，所以我们定义 ConstantInfo 接口来实现一些通用的方法，具体的常量类型都需要实现这些方法。
尽管常量的格式不同，但是常量数据的第一个字节都是 tag，用于区分常量类型。我们在接口中直接定义好这些量：
public interface ConstantInfo {
int CONSTANT_TAG_UTF8 = 1;
int CONSTANT_TAG_INTEGER = 3;
int CONSTANT_TAG_FLOAT = 4;
int CONSTANT_TAG_LONG = 5;
int CONSTANT_TAG_DOUBLE = 6;
int CONSTANT_TAG_CLASS = 7;
int CONSTANT_TAG_STRING = 8;
int CONSTANT_TAG_FIELDREF = 9;
int CONSTANT_TAG_METHODREF = 10;
int CONSTANT_TAG_INTERFACEMETHODREF = 11;
int CONSTANT_TAG_NAMEANDTYPE = 12;
int CONSTANT_TAG_METHODHANDLE = 15;
int CONSTANT_TAG_METHODTYPE = 16;
int CONSTANT_TAG_INVOKEDYNAMIC = 18;
} 我们定义一个方法 readInfo，用于具体的结构读取常量信息，这个方法留给具体的常量实现类来实现。静态方法 readConstantInfo 将从字节中读取 tag，并根据 tag 调用 newConstantInfo 方法创建具体的常量实现类，并调用其 readInfo 方法：
void readInfo(ClassReader reader);
static ConstantInfo readConstantInfo(ClassReader reader, ConstantPool constantPool) {
int tag = reader.readUint8();
ConstantInfo constantInfo = newConstantInfo(tag, constantPool);
constantInfo.readInfo(reader);
return constantInfo;
} newConstantInfo 方法根据 tag 值创建对应的实现类：
static ConstantInfo newConstantInfo(int tag, ConstantPool constantPool) {
switch (tag) {
case CONSTANT_TAG_UTF8:
return new ConstantUtf8Info();
case CONSTANT_TAG_INTEGER:
return new ConstantIntegerInfo();
case CONSTANT_TAG_FLOAT:
return new ConstantFloatInfo();
case CONSTANT_TAG_LONG:
return new ConstantLongInfo();
case CONSTANT_TAG_DOUBLE:
return new ConstantDoubleInfo();
case CONSTANT_TAG_CLASS:
return new ConstantClassInfo(constantPool);
case CONSTANT_TAG_STRING:
return new ConstantStringInfo(constantPool);
case CONSTANT_TAG_FIELDREF:
return new ConstantFieldRefInfo(constantPool);
case CONSTANT_TAG_METHODREF:
return new ConstantMethodRefInfo(constantPool);
case CONSTANT_TAG_INTERFACEMETHODREF:
return new ConstantInterfaceMethodRefInfo(constantPool);
case CONSTANT_TAG_NAMEANDTYPE:
return new ConstantNameAndTypeInfo();
case CONSTANT_TAG_METHODHANDLE:
return new ConstantMethodHandleInfo();
case CONSTANT_TAG_METHODTYPE:
return new ConstantMethodTypeInfo();
case CONSTANT_TAG_INVOKEDYNAMIC:
return new ConstantInvokeDynamicInfo();
default:
throw new ClassFormatError("constant pool tag");
}
} 数字常量实现类
Integer、Float、Long 和 Double 的常量类实现十分类似。所以以 Integer 为例。
Integer 类型的常量在常量池中的存储格式如下：
CONSTANT_Integer_info {
u1 tag;
u4 bytes;
} 除了第一个字节的 tag 外，它使用了 4 字节存储整数常量。
我们创建 Constan tIntegerInfo 类，来描述 Integer 常量，它需要实现 ConstantInfo 接口，并实现 readInfo 和 tag 方法：
public class ConstantIntegerInfo implements ConstantInfo{
private int val;
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.val = reader.readUint32TInteger();
}
@Override
public int tag() {
return this.CONSTANT_TAG_INTEGER;
}
} CONSTANT_Integer_info 类型正好可以容纳一个 Java 的 int 类型常量，但是事实上比 int 更小的 boolean、byte、short 和 char 类型常量也都存储在 CONSTANT_Integer_info 中。
字符串常量实现类
字符串常量在常量池中使用 CONSTANT_Utf8_info 类型存储，表示一个 UTF-8 编码的字符串。这个结构定义如下：
CONSTANT_Utf8_info {
u1 tag;
u2 length;
u1 bytes[length];
} 在底层，这个字符串使用字节数组表示，字节的个数就紧跟在 tag 后，使用一个 u2 类型的数字表示。于是，我们定义 ConstantUtf8Info 类，在 readInfo 方法中按顺序读取并转换成字符串。
public class ConstantUtf8Info implements ConstantInfo {
private String str;
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
int length = reader.readUint16();
byte[] bytes = reader.readBytes(length);
this.str = new String(bytes);
}
@Override
public int tag() {
return this.CONSTANT_TAG_UTF8;
}
} 类似的，有一个 CONSTANT_String_info 的常量表示 java.lang.String 字面量，其结构定义如下：
CONSTANT_String_info {
u1 tag;
u2 string_index;
} 这个结构并不直接存储字符串数组，而是存储了一个常量池索引，这个索引会指向一个 CONSTANT_Utf8_info 常量。由于我们只需要实现这个结构，而不需要解索引，所以它的实现很简单：
public class ConstantStringInfo implements ConstantInfo {
private ConstantPool constantPool;
private int strIdx;
public ConstantStringInfo(ConstantPool constantPool) {
this.constantPool = constantPool;
}
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.strIdx = reader.readUint16();
}
@Override
public int tag() {
return this.CONSTANT_TAG_STRING;
}
} 类符号引用
CONSTANT_Class_info 常量表示对一个类或者接口的符号引用。ClassFile 中的类和超类索引，以及接口表中的接口索引都是指向这个类型的常量，其定义如下：
CONSTANT_Class_info {
u1 tag;
u2 name_index;
} 这个常量仅仅记录了类或者接口的名字，其实现与 CONSTANT_String_info 几乎一致，name_index 也是指向了一个 CONSTANT_Utf8_info 常量。所以不再给出其具体实现。
字符或方法的名称和描述符
CONSTANT_NameAndType_info 给出一个字段或者方法的名称和描述符，它和 CONSTANT_Class_info 组合使用可以唯一确定一个字段或方法。其结构定义如下：
CONSTANT_NameAndType_info {
u1 tag;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
} 与前面一致，name_index 和 descriptor_index 都是常量池索引，指向 CONSTANT_Utf8_info 常量。name_index 就是字段或者方法的名称，而 descriptor_index则是描述符。JVM 规范定义了一种简单的方法来描述字段和方法，如下：
- 类型描述符
- 基本类型 byte、short、char、int、long、float 和 double 的描述符都是单个字母，分别是 B、S、C、I、J、F 和 D（注意 Long 是 D）
- 引用类型的描述符是
L类完全限定名; - 数组类型的描述符是
[数组元素类型描述符
- 字段描述符，就是字段类型的描述符
- 方法描述符，
(分号分隔的参数类型描述符)返回值类型描述符，其中 void 返回值由V表示
这就是为什么 Java 支持方法重载，因为描述一个方法不仅仅是它的方法名。注意，我们在 Java 语法层面无法定义同名字段，即使类型不同，但是在 class 文件的层面来看，其实是支持这一特性的。
我们来定义一个类 ConstantNameAndTypeInfo 来描述 CONSTANT_NameAndType_info 常量，它的实现很简单：
public class ConstantNameAndTypeInfo implements ConstantInfo {
public int nameIdx;
public int descIdx;
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.nameIdx = reader.readUint16();
this.descIdx = reader.readUint16();
}
@Override
public int tag() {
return this.CONSTANT_TAG_NAMEANDTYPE;
}
} 其他符号引用
CONSTANT_Fieldref_info 表示字段符号引用，CONSTANT_Methodref_info 表示普通（非接口）方法符号引用，CONSTANT_InterfaceMethodref_info 表示接口方法符号引用。它们的结构一模一样，所以我们只看 CONSTANT_Fieldref_info 的实现：
CONSTANT_Fieldref_info {
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index;
} class_index 是常量池引用，指向了字段所在类的 CONSTANT_Class_info 常量，name_and_type_index 也是常量池引用，指向了这个方法的描述符 CONSTANT_NameAndType_info 常量。于是它的实现就很容易给出。由于三种常量的结构一致，我们定义一个父类，然后让这三种结构的类继承自这个父类，即可减少很多重复代码：
public class ConstantMemberRefInfo implements ConstantInfo {
protected ConstantPool constantPool;
protected int classIdx;
private int nameAndTypeIdx;
ConstantMemberRefInfo(ConstantPool constantPool) {
this.constantPool = constantPool;
}
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.classIdx = reader.readUint16();
this.nameAndTypeIdx = reader.readUint16();
}
@Override
public int tag() {
return 0;
}
public String className() {
return this.constantPool.getClassName(this.classIdx);
}
public Map<String, String> nameAndDescriptor() {
return this.constantPool.getNameAndType(this.nameAndTypeIdx);
}
} 于是 CONSTANT_Fieldref_info 的实现类如下：
public class ConstantFieldRefInfo extends ConstantMemberRefInfo {
public ConstantFieldRefInfo(ConstantPool constantPool) {
super(constantPool);
}
@Override
public int tag() {
return this.CONSTANT_TAG_FIELDREF;
}
} 剩下的还有 CONSTANT_MethodType_info、 CONSTANT_MethodHandle_info 和 CONSTANT_InvokeDynamic_info 这三种常量没有介绍，它们的用处是支持 invokedynamic 指令，在 Java 7 之后才被添加到 class 文件中。由于本教程实现的 JVM 并不打算支持动态方法调用，于是略去对这三种常量的介绍，感兴趣的同学可以去了解了解，当然我已经在源码中实现了这三种常量。
解析属性表
虽然常量池占据了 class 文件的大部分，但是常量池也仅仅是一个描述作用，一些更重要的信息：例如方法的实际字节码，还没有出现，这些信息都被存储在属性表中。当然属性表不仅仅存储字节码。
AttributeInfo 接口
与常量类型，属性也有不同的种类以表达不同的类型。与常量不同的是，常量是由 JVM 规范定义的，共有 14 种。但是属性并没有严格定义，不同的虚拟机可以实现不同的属性类型。基于这个原因，JVM 没有像常量一样，使用 tag 来标识类型，而是使用属性名来区分不同种类的属性。属性的数据会被放在属性名之后的 u1 表中：
attribute_info {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
} JVM 可以根据实现情况选择性地读取属性。属性表的属性名也是一个常量池索引，指向了一个 CONSTANT_Utf8_info 常量。
与常量池类似，我们定义一个 AttributeInfo 接口，所有的属性实现类都要实现该接口，这个接口中有一个方法 readInfo，用来给具体属性实现其读取方式。readAttributes 方法读取所有的属性，readAttribute 则用于读取单个属性。
public interface AttributeInfo {
void readInfo(ClassReader reader);
static AttributeInfo[] readAttributes(ClassReader reader, ConstantPool constantPool) {
int attributesCount = reader.readUint16();
AttributeInfo[] attributes = new AttributeInfo[attributesCount];
for (int i = 0; i < attributesCount; i++) {
attributes[i] = readAttribute(reader, constantPool);
}
return attributes;
}
static AttributeInfo readAttribute(ClassReader reader, ConstantPool constantPool) {
int attrNameIdx = reader.readUint16();
String attrName = constantPool.getUTF8(attrNameIdx);
int attrLen = reader.readUint32TInteger();
AttributeInfo attrInfo = newAttributeInfo(attrName, attrLen, constantPool);
attrInfo.readInfo(reader);
return attrInfo;
}
} newAttribute 方法用于根据类型构造对应属性的实现类。JVM 虚拟机规范预定义了 23 种属性，我们先来解析其中八种：
static AttributeInfo newAttributeInfo(String attrName, int attrLen, ConstantPool constantPool) {
switch (attrName) {
case "Code":
return new CodeAttribute(constantPool);
case "ConstantValue":
return new ConstantValueAttribute();
case "Deprecated":
return new DeprecatedAttribute();
case "Exceptions":
return new ExceptionsAttribute();
case "LineNumberTable":
return new LineNumberTableAttribute();
case "LocalVariableTable":
return new LocalVariableTableAttribute();
case "SourceFile":
return new SourceFileAttribute(constantPool);
case "Synthetic":
return new SyntheticAttribute();
default:
return new UnparsedAttribute(attrName, attrLen);
}
} 最终未识别的属性直接生成 UnparsedAttribute，实现如下：
public class UnparsedAttribute implements AttributeInfo {
private String name;
private int length;
private byte[] info;
public UnparsedAttribute(String attrName, int attrLen) {
this.name = attrName;
this.length = attrLen;
}
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.info = reader.readBytes(this.length);
}
public byte[] info(){
return this.info;
}
} 下面我们来看看这八种属性的具体实现。
标记属性
Deprecated 和 Synthetic 是最简单的两种属性，仅起标记作用，不包含任何数据。这两种标记可以出现在 ClassFile、field_info 和 method_info 中。它们的结构定义如下：
Deprecated_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
}
Synthetic_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
} Deprecated 表示类、接口、字段或方法已经不建议使用。Synthetic 用来标记源文件中不存在、由编译器生成的类成员，引入Synthetic 属性主要是为了支持嵌套类和嵌套接口。
由于这两个属性都没有信息，所以其 attribute_length 都为 0。它们的实现中，readInfo 方法也是空方法。以 DeprecatedAttribute 为例：
public class DeprecatedAttribute extends MarkerAttribute {
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
}
} SourceFile 属性
SourceFile 是一个可选的属性，出现在 ClassFile 结构中，用于指出这个类的源文件名。其定义如下：
SourceFile_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 sourcefile_index;
} attribute_length 的值必须是2。sourcefile_index 是常量池索引，指向CONSTANT_Utf8_info 常量。
我们定义 SourceFileAttribute 类如下：
public class SourceFileAttribute implements AttributeInfo {
private ConstantPool constantPool;
private int sourceFileIdx;
public SourceFileAttribute(ConstantPool constantPool) {
this.constantPool = constantPool;
}
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.sourceFileIdx = reader.readUint16();
}
public String fileName(){
return this.constantPool.getUTF8(this.sourceFileIdx);
}
} ConstantValue 属性
ConstantValue 表示常量表达式的值，出现在 field_info 结构中。其定义如下：
ConstantValue_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 constantvalue_index;
} constantvalue_index 是常量池索引，但具体指向哪种常量因字段类型而异。例如字段是 long 类型时，就指向 CONSTANT_Long_info 常量。
对应实现如下：
public class ConstantValueAttribute implements AttributeInfo {
private int constantValueIdx;
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.constantValueIdx = reader.readUint16();
}
public int constantValueIdx(){
return this.constantValueIdx;
}
} Code 属性
Code 属性存放字节码等信息，只存在于 method_info 中。Code 属性比较复杂，定义如下：
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];
} max_stack 给出操作数栈的最大深度，max_locals 给出局部变量表大小。接着是字节码，存在 u1 表中。最后是异常处理表和属性表。
由于结构复杂，其实现代码较长，其实都大同小异，可以移步我的 Github 观看。
Exceptions 属性
Exceptions 是变长属性，记录方法抛出的异常表，其结构定义如下
Exceptions_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 number_of_exceptions;
u2 exception_index_table[number_of_exceptions];
} 比较简单，直接上实现：
public class ExceptionsAttribute implements AttributeInfo {
private int[] exceptionIndexTable;
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
this.exceptionIndexTable = reader.readUint16s();
}
public int[] exceptionIndexTable(){
return this.exceptionIndexTable;
}
} LineNumberTable 和 LocalVariableTable
LineNumberTable 属性表存放方法的行号信息， LocalVariableTable 属性表中存放方法的局部变量信息。这两种属性和上面的 SourceFile 属性都属于调试信息，都不是运行时必需的。
这两个属性在结构上很像，所以以LineNumberTable 为例。结构定义如下：
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];
} 其 readInfo 实现如下：
@Override
public void readInfo(ClassReader reader) {
int lineNumberTableLength = reader.readUint16();
this.lineNumberTable = new LineNumberTableEntry[lineNumberTableLength];
for (int i = 0; i < lineNumberTableLength; i++) {
lineNumberTable[i] = new LineNumberTableEntry(reader.readUint16(), reader.readUint16());
}
} 测试
我们将启动参数改为 -Xjre "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_271\jre" java.lang.String，来查看下 String 类中的字段和方法信息。
修改 startJVM 方法，在启动时生成主类的 ClassFile，并加载数据：
private static void startJVM(Cmd cmd) {
Classpath classpath = new Classpath(cmd.jre, cmd.classpath);
System.out.printf("classpath：%s class：%s args：%s\n",
classpath, cmd.getMainClass(), cmd.getArgs());
//获取className
String className = cmd.getMainClass().replace(".", "/");
ClassFile classFile = loadClass(className, classpath);
assert classFile != null;
printClassInfo(classFile);
}
private static ClassFile loadClass(String className, Classpath classpath) {
try {
byte[] classData = classpath.readClass(className);
return new ClassFile(classData);
} catch (Exception e) {
System.out.println("Could not find or load main class " + className);
return null;
}
} 在最后输出类的相关信息，printClassInfo 方法如下：
private static void printClassInfo(ClassFile cf) {
System.out.println("version: " + cf.majorVersion() + "." + cf.minorVersion());
System.out.println("constants count：" + cf.constantPool().getSiz());
System.out.format("access flags：0x%x\n", cf.accessFlags());
System.out.println("this class：" + cf.className());
System.out.println("super class：" + cf.superClassName());
System.out.println("interfaces：" + Arrays.toString(cf.interfaceNames()));
System.out.println("fields count：" + cf.fields().length);
for (MemberInfo memberInfo : cf.fields()) {
System.out.format("%s \t\t %s\n", memberInfo.name(), memberInfo.descriptor());
}
System.out.println("methods count: " + cf.methods().length);
for (MemberInfo memberInfo : cf.methods()) {
System.out.format("%s \t\t %s\n", memberInfo.name(), memberInfo.descriptor());
}
} 运行后结果如下：
classpath：top.guoziyang.jvm.classpath.Classpath@736e9adb class：java.lang.String args：null version: 52.0 constants count：540 access flags：0x31 this class：java/lang/String super class：java/lang/Object interfaces：[java/io/Serializable, java/lang/Comparable, java/lang/CharSequence] fields count：5 value [C hash I serialVersionUID J serialPersistentFields [Ljava/io/ObjectStreamField; CASE_INSENSITIVE_ORDER Ljava/util/Comparator; methods count: 94 <init> ()V <init> (Ljava/lang/String;)V <init> ([C)V <init> ([CII)V <init> ([III)V <init> ([BIII)V <init> ([BI)V checkBounds ([BII)V <init> ([BIILjava/lang/String;)V <init> ([BIILjava/nio/charset/Charset;)V <init> ([BLjava/lang/String;)V <init> ([BLjava/nio/charset/Charset;)V <init> ([BII)V <init> ([B)V <init> (Ljava/lang/StringBuffer;)V <init> (Ljava/lang/StringBuilder;)V <init> ([CZ)V length ()I isEmpty ()Z charAt (I)C codePointAt (I)I codePointBefore (I)I codePointCount (II)I offsetByCodePoints (II)I getChars ([CI)V getChars (II[CI)V getBytes (II[BI)V getBytes (Ljava/lang/String;)[B getBytes (Ljava/nio/charset/Charset;)[B getBytes ()[B equals (Ljava/lang/Object;)Z contentEquals (Ljava/lang/StringBuffer;)Z nonSyncContentEquals (Ljava/lang/AbstractStringBuilder;)Z contentEquals (Ljava/lang/CharSequence;)Z equalsIgnoreCase (Ljava/lang/String;)Z compareTo (Ljava/lang/String;)I compareToIgnoreCase (Ljava/lang/String;)I regionMatches (ILjava/lang/String;II)Z regionMatches (ZILjava/lang/String;II)Z startsWith (Ljava/lang/String;I)Z startsWith (Ljava/lang/String;)Z endsWith (Ljava/lang/String;)Z hashCode ()I indexOf (I)I indexOf (II)I indexOfSupplementary (II)I lastIndexOf (I)I lastIndexOf (II)I lastIndexOfSupplementary (II)I indexOf (Ljava/lang/String;)I indexOf (Ljava/lang/String;I)I indexOf ([CIILjava/lang/String;I)I indexOf ([CII[CIII)I lastIndexOf (Ljava/lang/String;)I lastIndexOf (Ljava/lang/String;I)I lastIndexOf ([CIILjava/lang/String;I)I lastIndexOf ([CII[CIII)I substring (I)Ljava/lang/String; substring (II)Ljava/lang/String; subSequence (II)Ljava/lang/CharSequence; concat (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; replace (CC)Ljava/lang/String; matches (Ljava/lang/String;)Z contains (Ljava/lang/CharSequence;)Z replaceFirst (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; replaceAll (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; replace (Ljava/lang/CharSequence;Ljava/lang/CharSequence;)Ljava/lang/String; split (Ljava/lang/String;I)[Ljava/lang/String; split (Ljava/lang/String;)[Ljava/lang/String; join (Ljava/lang/CharSequence;[Ljava/lang/CharSequence;)Ljava/lang/String; join (Ljava/lang/CharSequence;Ljava/lang/Iterable;)Ljava/lang/String; toLowerCase (Ljava/util/Locale;)Ljava/lang/String; toLowerCase ()Ljava/lang/String; toUpperCase (Ljava/util/Locale;)Ljava/lang/String; toUpperCase ()Ljava/lang/String; trim ()Ljava/lang/String; toString ()Ljava/lang/String; toCharArray ()[C format (Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; format (Ljava/util/Locale;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; valueOf (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; valueOf ([C)Ljava/lang/String; valueOf ([CII)Ljava/lang/String; copyValueOf ([CII)Ljava/lang/String; copyValueOf ([C)Ljava/lang/String; valueOf (Z)Ljava/lang/String; valueOf (C)Ljava/lang/String; valueOf (I)Ljava/lang/String; valueOf (J)Ljava/lang/String; valueOf (F)Ljava/lang/String; valueOf (D)Ljava/lang/String; intern ()Ljava/lang/String; compareTo (Ljava/lang/Object;)I <clinit> ()V
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