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【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

万字长文，完全虚构。（12000字）

（一）

组里来了个实习生，李大胖面完之后，觉得水平一般，但还是留了下来，为什么呢？各自猜去吧。

李大胖也在心里开导自己，学生嘛，不能要求太高，只要肯上进，慢慢来。就称呼为小白吧。

小白每天来的很早，走的很晚，都在用功学习，时不时也向别人请教。只是好像天资差了点。

都快一周了，才能写些“简单”的代码，一个注解，一个接口，一个类，都来看看吧：

public @interface Health {

    String name() default "";
}


public interface Fruit {

    String getName();

    void setName(String name);

    int getColor();

    void setColor(int color);
}


@Health(name = "健康水果")
public class Apple implements Fruit {

    private String name;
    private int color;
    private double weight = 0.5;

    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int getColor() {
        return color;
    }

    @Override
    public void setColor(int color) {
        this.color = color;
    }

    public double weight() {
        return weight;
    }

    public void weight(double weight) {
        this.weight = weight;
    }
}

与周围人比起来，小白进步很慢，也许是自己不够聪明，也许是自己不适合干这个，小白好像有点动摇了。

这几天，小白明显没有一开始那么上进了，似乎有点想放弃，这不，趴在桌子上竟然睡着了。

（二）

在梦中，小白来到一个奇怪又略显阴森的地方，眼前有一个破旧的小房子，从残缺不全的门缝里折射出几束光线。

小白有些害怕，但还是镇定了下，深呼吸几口，径直朝着小房子走去。

小白推开门，屋里没有人。只有一个“机器”在桌子旁大口大口“吃着”东西，背后也不时的“拉出”一些东西。

小白很好奇，就凑了上去，准备仔细打量一番。

“你要干嘛，别影响我工作”。突然冒出一句话，把小白吓了一大跳，慌忙后退三步，妈呀，心都快蹦出来了。

“你是谁呀？ ”，惊慌中小白说了句话。

“我是编译器”，哦，原来这个机器还会说话，小白这才缓了过来。

“编译器”，小白好像听说过，但一时又想不起，于是猜测到。

“网上评论留言里说的小编是不是就是你啊”？

“你才是呢”，编译器白了一眼，没好声气的说到。

要不是看在长得还行的份上，早就把你赶走了，编译器心想。

“哦，我想起来了，编译器嘛，就是编译代码的那个东西”，小白恍然大悟到。

“请注意你的言词，我不是个东西，哦，不对，我是个东西，哦，好像也不对，我。。我。。 ”，编译器自己也快晕了。

编译器一脸的无奈，遇上这样的人，今天我认栽了。

小白才不管呢，心想，今天我竟然见到了编译器，我得好好请教请教他。

那编译器会帮助她吗？

（三）

小白再次走上前来，定睛一看，才看清楚，编译器吃的是Java源码，拉的是class（字节码）文件。

咦，为啥这个代码这么熟悉呢，不就是我刚刚写的那些。 “停，停，快停下来了”。编译器被小白叫停了。

“你又要干嘛啊”？编译器到。

“嘻嘻，这个代码是我写的，我想看看它是怎么被编译的”，小白到。

编译器看了看这个代码，这么“简单”，她绝对是个菜鸟。哎，算了，还是让她看看吧。

不过编译器又到，“整个编译过程是非常复杂的，想要搞清楚里面的门道是不可能的，今天也就只能看个热闹了”。

“编译后的内容都是二进制数据，再通俗点说，就是一个长长的字节数组（byte[]）”，编译器继续说，“通常把它写入文件，就是class文件了”。

“但这不是必须的，也可以通过网络传到其它地方，或者保存在内存中，用完之后就丢弃”。

“哇，还可以这样”，小白有些惊讶。编译器心想，你是山沟里出来的，没见过世面，大惊小怪。

继续到，“从数据结构上讲，数组就是一段连续的空间，是‘没有结构’的，就像一个线段一样，唯一能做的就是按索引访问”。

小白到，“编译后的内容一定很繁多，都放到一个数组里面，怎么知道什么东西都在哪呢？不都乱套了嘛”。

编译器觉得小白慢慢上道了，心里有一丝安慰，至少自己的讲解不会完全白费。于是继续到。

“所以JVM的那些大牛们早就设计好了字节码的格式，而且还把它们放入到了一个字节数组里面”。

小白很好奇到，“那是怎么实现的呢”？

“其实也没有太高深的内容，既然数组是按位置的，那就规定好所有内容的先后顺序，一个接一个往数组里放呗”。

“如果内容的长度是固定（即定长）的，那最简单，直接放入即可”。

“如果内容长度是不固定（即变长）的，也很简单，在内容前用一到两个字节存一下内容的长度不就OK了”。

（四）

“字节码的前4个字节必须是一个固定的数字，它的十进制是3405691582，大部分人更熟悉的是它的十六进制，0xCAFEBABE”。

“通常称之为魔术数字（Magic），它主要是用来区分文件类型的”，编译器到。

“扩展名（俗称后缀名）不是用来区分文件类型的吗”？小白说到，“如.java是Java文件，.class是字节码文件”。

“扩展名确实可以区分，但大部分是给操作系统用的，或给人看到。如我们看到.mp3时知道是音频、.mp4是知道是视频、.txt是文本文件”。

“操作系统可以用扩展名来关联打开它的软件，比如.docx就会用word来打开，而不会用文本文件”。编译器继续到。

“还有一个问题就是扩展名可以很容易被修改，比如把一个.java手动改为.class，此时让JVM来加载这个假的class文件会怎样呢”？

“那JVM先读取开头4个字节，发现它不是刚刚提到的那个魔数，说明它不是合法的class文件，就直接抛异常呗”，小白说到。

“很好，真是孺子可教”，编译器说道，“不过还有一个问题，不知你是否注意到？ 4个字节对应Java的int类型，int类型的最大值是2147483647”。

“但是魔数的值已经超过了int的最大值，那怎么放得下呢，难道不会溢出吗”？

“确实啊，我怎么没发现呢，那它到底是怎么放的呢”？小白到。

“其实说穿了不值得一提，JVM是把它当作无符号数对待的。而Java是作为有符号数对待的。无符号数的最大值基本上是有符号数最大值的两倍”。

“接下来的4个字节是版本号，不同版本的字节码格式可能会略有差异，其次在运行时会校验，如JDK8编译后的字节码是不能放到JDK7上运行的”。

“这4个字节中的前2个是次（minor）版本，后2个是主（major）版本”。编译器继续到，“比如我现在用的JDK版本是1.8.0_211，那次版本就是0，主版本就是52”。

“所以前8个字节的内容是，0xCAFEBABE，0，52，它们并不是源代码里的内容”。

Magic [getMagic()=0xcafebabe]
MinorVersion [getVersion()=0]
MajorVersion [getVersion()=52]

（五）

当编译器读到源码中的public class的时候，然后就就去查看一个表格，如下图：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

自顾自的说着，“public对应的是ACC_PUBLIC，值为0x0001，class默认就是，然后又读ACC_SUPER的值0x0020”。

“最后把它俩合起来（按位或操作），0x0001 | 0x0020 => 0x0021，然后把这个值存起来，这就是这个类的访问控制标志”。

小白这次算是开了眼界了，只是还有一事不明，“这个ACC_SUPER是个什么鬼”？

编译器解释到，“这是历史遗留问题，它原本表达在调用父类方法时会特殊处理，不过现在已经不再管它了，直接忽略”。

接着读到了Apple，它是类名。编译器首先要获取类的全名，org.cnt.java.Apple。

然后对它稍微转换一下形式，变成了，org/cnt/java/Apple，“这就是类名在字节码中的表示”。

编译器发现这个Apple类没有显式继承父类，表明它继承自Object类，于是也获取它的全名，java/lang/Object。

接着读到了implements Fruit，说明该类实现了Fruit接口，也获取全名，org/cnt/java/Fruit。

小白说到，“这些比较容易理解，全名中把点号（.）替换为正斜线（/）肯定也是历史原因了。但是这些信息如何存到数组里呢”？

“把点号替换为正斜线确实是历史原因”，编译器继续到，“这些字符串虽然都是类名或接口名，但本质还是字符串，类名、接口名只是赋予它的意义而已”。

“除此之外，像字段名、方法名也都是字符串，同理，字段名、方法名也是赋予它的意义。所以字符串是一种基本的数据，需要得到支持”。

“除了字符串之外，还有整型数字，浮点数字，这些也是基本的数据，也需要得到支持”。

因此，设计者们就设计出了以下几种类型，如图：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

“左边是类型名称，方便理解，右边是对应的值，用于存储”，编译器继续到。

“这里的Integer/Long/Float/Double和Utf8都是具体保存数据用的，表示整型数/浮点数和字符串。其它的类型大都是对字符串的引用，并赋予它一定的意义”。

“所以类名首先被存储为一个字符串，也就是Utf8，它的值对应的是1”。编译器接着到，“由于字符串是一个变长的，所以就先用两个字节存储字符串的长度，接着跟上具体的字符串内容”。

所以字符串的结构就是这样，如图：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

“类名字符串的存储数据为，1、18、org/cnt/java/Apple。第一个字节为1，表明是Utf8类型，第2、3两个字节存储18，表示字符串长度是18，接着存储真正的字符串。所以共用去1 + 2 + 18 => 21个字节”。

“父类名字符串存储为，1、16、java/lang/Object。共用去19个字节”。

“接口名字符串存储为，1、18、org/cnt/java/Fruit。共用去21个字节”。

小白听的不住点头，编译器喘口气，继续讲解。

“字符串存好后，就该赋予它们意义了，在后续的操作中肯定涉及到对这些字符串的引用，所以还要给每个字符串分配一个编号”。

如Apple为#2，即2号，Object为#4，Fruit为#6。

“由于这三个字符串都是类名或接口名，按照设计规定应该使用Class表示，对应的值为7，然后再指定一个字符串的编号即可”。

因此类或接口的表示如下图：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

“先用1个字节指明是类（接口），然后再用2个字节存储一个字符串的编号。整体意思很直白，就是把这个编号的字符串当作类名或接口名”。

“类就表示为，7、#2。 7表示是Class，#2表示类名称那个字符串的存储编号。共用去3个字节”。

“父类就表示，7、#4。共用去3个字节。接口就表示为，7、#6。共用去3个字节”。

其实这三个Class也分别给它们一个编号，方便别的地方再引用它们。

（六）

“其实上面这些内容都是常量，它们都位于常量池中，它们的编号就是自己在常量池中的索引”。编译器说到。

“常量池很多人都知道，起码至少是听说过。但绝大多数人对它并不十分熟悉，因为很少有人见过它”。

编译器继续到，“今天你可算是来着了”，说着就把小白写的类编译后生成的常量池摆到了桌子上。

“这是什么东西啊，这么多，又很奇怪”，小白说到，这也是她第一次见。

ConstantPoolCount [getCount()=46]
ConstantPool [
#0 = null
#1 = ConstantClass [getNameIndex()=2, getTag()=7]
#2 = ConstantUtf8 [getLength()=18, getString()=org/cnt/java/Apple, getTag()=1]
#3 = ConstantClass [getNameIndex()=4, getTag()=7]
#4 = ConstantUtf8 [getLength()=16, getString()=java/lang/Object, getTag()=1]
#5 = ConstantClass [getNameIndex()=6, getTag()=7]
#6 = ConstantUtf8 [getLength()=18, getString()=org/cnt/java/Fruit, getTag()=1]
#7 = ConstantUtf8 [getLength()=4, getString()=name, getTag()=1]
#8 = ConstantUtf8 [getLength()=18, getString()=Ljava/lang/String;, getTag()=1]
#9 = ConstantUtf8 [getLength()=5, getString()=color, getTag()=1]
#10 = ConstantUtf8 [getLength()=1, getString()=I, getTag()=1]
#11 = ConstantUtf8 [getLength()=6, getString()=weight, getTag()=1]
#12 = ConstantUtf8 [getLength()=1, getString()=D, getTag()=1]
#13 = ConstantUtf8 [getLength()=6, getString()=<init>, getTag()=1]
#14 = ConstantUtf8 [getLength()=3, getString()=()V, getTag()=1]
#15 = ConstantUtf8 [getLength()=4, getString()=Code, getTag()=1]
#16 = ConstantMethodRef [getClassIndex()=3, getNameAndTypeIndex()=17, getTag()=10]
#17 = ConstantNameAndType [getNameIndex()=13, getDescriptorIndex()=14, getTag()=12]
#18 = ConstantDouble [getDouble()=0.5, getTag()=6]
#19 = null
#20 = ConstantFieldRef [getClassIndex()=1, getNameAndTypeIndex()=21, getTag()=9]
#21 = ConstantNameAndType [getNameIndex()=11, getDescriptorIndex()=12, getTag()=12]
#22 = ConstantUtf8 [getLength()=15, getString()=LineNumberTable, getTag()=1]
#23 = ConstantUtf8 [getLength()=18, getString()=LocalVariableTable, getTag()=1]
#24 = ConstantUtf8 [getLength()=4, getString()=this, getTag()=1]
#25 = ConstantUtf8 [getLength()=20, getString()=Lorg/cnt/java/Apple;, getTag()=1]
#26 = ConstantUtf8 [getLength()=7, getString()=getName, getTag()=1]
#27 = ConstantUtf8 [getLength()=20, getString()=()Ljava/lang/String;, getTag()=1]
#28 = ConstantFieldRef [getClassIndex()=1, getNameAndTypeIndex()=29, getTag()=9]
#29 = ConstantNameAndType [getNameIndex()=7, getDescriptorIndex()=8, getTag()=12]
#30 = ConstantUtf8 [getLength()=7, getString()=setName, getTag()=1]
#31 = ConstantUtf8 [getLength()=21, getString()=(Ljava/lang/String;)V, getTag()=1]
#32 = ConstantUtf8 [getLength()=16, getString()=MethodParameters, getTag()=1]
#33 = ConstantUtf8 [getLength()=8, getString()=getColor, getTag()=1]
#34 = ConstantUtf8 [getLength()=3, getString()=()I, getTag()=1]
#35 = ConstantFieldRef [getClassIndex()=1, getNameAndTypeIndex()=36, getTag()=9]
#36 = ConstantNameAndType [getNameIndex()=9, getDescriptorIndex()=10, getTag()=12]
#37 = ConstantUtf8 [getLength()=8, getString()=setColor, getTag()=1]
#38 = ConstantUtf8 [getLength()=4, getString()=(I)V, getTag()=1]
#39 = ConstantUtf8 [getLength()=3, getString()=()D, getTag()=1]
#40 = ConstantUtf8 [getLength()=4, getString()=(D)V, getTag()=1]
#41 = ConstantUtf8 [getLength()=10, getString()=SourceFile, getTag()=1]
#42 = ConstantUtf8 [getLength()=10, getString()=Apple.java, getTag()=1]
#43 = ConstantUtf8 [getLength()=25, getString()=RuntimeVisibleAnnotations, getTag()=1]
#44 = ConstantUtf8 [getLength()=21, getString()=Lorg/cnt/java/Health;, getTag()=1]
#45 = ConstantUtf8 [getLength()=12, getString()=健康水果, getTag()=1]
]

“在常量池前面会用2个字节来存储常量池的大小，需要记住的是，这个大小不一定就是池中常量的个数。但它减去1一定是最大的索引”。

“因为，常量池中为0的位置（#0）永远不使用，还有Long和Double类型一个常量占2个连续索引（没错，又是历史原因），实际只是用了第1个索引，第2个索引永远空着（参见#18、#19）”。

编译器继续到，“#0是特殊的，用来表示‘没有’的意思，其它地方如果想表达没有的话，可以指向它。如Object是没有父类的，所以它的父类指向#0，即没有”。

“所以常量都是从#1开始。可以看看#1到#6的内容，就是刚刚上面讲的”。编译器说到。

“真是学到不少知识啊”，小白说到，“关于常量池能不能再多讲点”？编译器只好继续讲。

（七）

“常量池就是一个容器，它里面放了各种各样的所有信息，并且为每个信息分配一个编号（即索引），如果想要在其它地方使用这些信息，直接使用这个编号就行了”。

编译器继续到，“这个常量池在一些语言中也被称为‘符号表’，通过编号来使用的这种方式也被称为‘符号引用’”。

相信很多爱学习的同学对符号表和符号引用这两个词都很熟悉，不管之前是不是真懂，至少现在应该是真的搞懂了。因为你已经看到了。

“采用这种常量池和常量引用方式的好处其实很多，就说个最容易想到的，就是重复利用，节省空间，便于管理”。编译器继续说。

“比如一个类里有10个方法，每个方法里都定义一个length的局部变量，那么length这个名字就会出现在常量池里面，且只会出现一次，那10个方法都是对它的引用而已”。

“如果有一个方法的名字也叫length的话，那也是对同一个常量的引用，因为这个length常量只是个字符串数据而已，本身没有明确含义，它的含义来自于引用它的常量”。

“哦，原来如此”，小白开悟到，“‘符号表、符号引用’这些‘高大上’的叫法，不过就是根据索引去列表里获取元素罢了”，哈哈。

编译器看到小白这么开心，就准备抛出一个问题，“打压”一下她。于是说到。

“常量池看上去和数组/列表非常相似，都是容器且都是基于索引访问的。为啥常量池只被称为符号表，而不是符号数组或符号列表呢”？

小白自然回答不上来。编译器继续说，“表的英文单词是Table。它和数组/列表的唯一区别就是，数组/列表里的元素长度都是固定的。表里的元素长度是不固定的”。

“常量池中的好几种常量的长度都是变长的，所以自然是表了”。

小白点了点头，心里想，这编译器就是厉害，我这辈子看来都无法达到他的高度了。

编译器继续说到，“字节码的前8个字节存储魔数和版本，接着的2个（9和10）字节存储常量池的大小，后面接着（从11开始）就是整个常量池的内容了”。

“之所以把常量池放这么靠前，是因为后面的所有内容都要依赖它、引用它”。

紧跟在常量池之后的就是这个类的基本信息，如下：

“首先用2个字节存储上面已经计算好的访问控制标志，即0x0021”。

“然后用2个字节存储这个类在常量池中的索引，就是#1”。

“然后用2个字节存储该类的父类在常量池中的索引，就是#3”。

“由于接口可以有多个，所以再用2个字节存储接口的个数，因为只实现了1个接口，所以就存储数字1”。

“接着存储所有接口在常量池中的索引，每个接口用2个字节。因为只实现了1个接口，所以存储的索引就是#5”。

AccessFlags [getAccessFlags()=0x21, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC, ACC_SUPER]]
ThisClass [getClassIndex()=1, getClassName()=org/cnt/java/Apple]
SuperClass [getClassIndex()=3, getClassName()=java/lang/Object]
InterfacesCount [getCount()=1]
Interfaces [getClassIndexes()=[5], getClassNames()=[org/cnt/java/Fruit]]

（八）

编译器继续到，“接下来该读取字段信息了”。当读到private时，就去下面这张表里找：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

找到ACC_PRIVATE，把它的值0x0002保存以下，这就是该字段的访问控制标志。

接着读到的是String，这是字段的类型，然后会把这个String类型存入常量池，对应的索引是#8。

可以看到是一个Utf8，说明是字符串，内容是 Ljava/lang/String; ，以大写L开头，已分号;结尾，中间是类型全名，这是在字节码中表示类（对象）类型的方式。

接着读到的是name，这是字段名称，也是个字符串，同样也把它放入常量池，对应的索引是#7。

编译器说到，“现在一个字段的信息已经读取完毕，按照相同的方式把剩余的两个字段也读取完毕”。

“那字段的信息又该怎么存储呢”？小白问到。

“不要着急嘛”，编译器说着就拿出了字段的存储格式：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

首先2个字节是访问控制标志，接着2个字节是字段名称在常量池中的索引，接着2个字节是字段描述（即类型）在常量池中的索引。

接着2个字节就是属性个数，然后就是具体的属性信息了。例如字段上标有注解的话，这个注解信息就会放入属性信息里。

编译器继续说到，“属性信息是字节码中比较复杂的内容，这里就不说太多了”。接着就可以按格式整理数据了。

因为一个类的字段可以有多个，所以先用2个字节存储一下字段数目，本类有3个字段，所以就存储个3。

第一个字段，0x0002、#7、#8、0。共用去8个字节，因为自动没有属性内容。

第二个字段，0x0002、#9、#10、0。共用去8个字节。

第二个字段，0x0002、#11、#12、0。共用去8个字节。

编译器接着说，“所以存储这3个字段信息共用去2 + 8 + 8 + 8 => 26个字节”。

小白说到，“我现在基本已经搞明白套路了。其实有些东西没有想象中的那么复杂啊”。

“复杂的东西还是有的，我们现在先不考虑”，编译器说到，“还有一个问题，不知你发现了没有”。

字段color的类型是int，但是在常量池中却变为大写字母I，同样weight的类型是double，常量池中却是大写字母D。

小白说到，“我来猜测一下吧，int、double是Java中的数据类型，I、D是与之对应的在JVM中的表示形式。对吧”？

“算你聪明”，编译器说到，“其实Java和JVM之间关于类型这块有一个映射表”，如下：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

有两个需要注意。 “第一点上面已经说过了，就是类都会映射成LClassName;这种形式，如Object映射为Ljava/lang/Object;”。

第二点是数组，“数组在Java中用一对中括号（[]）表示，在JVM中只用左中括号（[）表示。也就是[]映射为[”。

“多维数组也一样，[][][]映射为[[[”。然后还有类型，“Java是把类型放到前面，JVM是把类型放到后面”。如double[]映射为[D。

“double[][][]映射为[[[D”。同理，“String[]映射为[Ljava/lang/String;，Object[][]映射为[[Ljava/lang/Object;”。

“我似乎又明白了一些，Java有自己的规范，字节码也有自己的规范，它们之间的映射关系早都已经定义好了”。小白继续到。

“只要按照这种映射关系，就能把Java源码给转换为字节码。是吧”？

“粗略来说，可以这么理解，其实这就是编译了，但一定要清楚，真正的编译是非常复杂的一个事情”，编译器到。

小白说到，“字段完了之后，肯定该方法了，就交给我吧，让我也试试”。

“年轻人啊，就是生猛，你来试试吧”。编译器说到。

FieldsCount [getCount()=3]
Fields [
#0 = FieldInfo [getAccessFlags()=FieldAccessFlags [getAccessFlags()=0x2, getAccessFlagsString()=[ACC_PRIVATE]], getNameIndex()=7, getName()=name, getDescriptorIndex()=8, getDescriptor()=Ljava/lang/String;, getAttributesCount()=0, getAttributes()=[]]
#1 = FieldInfo [getAccessFlags()=FieldAccessFlags [getAccessFlags()=0x2, getAccessFlagsString()=[ACC_PRIVATE]], getNameIndex()=9, getName()=color, getDescriptorIndex()=10, getDescriptor()=I, getAttributesCount()=0, getAttributes()=[]]
#2 = FieldInfo [getAccessFlags()=FieldAccessFlags [getAccessFlags()=0x2, getAccessFlagsString()=[ACC_PRIVATE]], getNameIndex()=11, getName()=weight, getDescriptorIndex()=12, getDescriptor()=D, getAttributesCount()=0, getAttributes()=[]]
]

（九）

小白说，“方法呢肯定也有自己的格式，你把它找出来我看看”。

“好好，我这就找”，编译器苦笑到。我堂堂一个编译器，今天竟然成了小白的助手，惭愧啊。

说着编译器就找到了，于是放到了桌子上：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

“咦，怎么和字段的一模一样”，小白到。那这就更简单了。

先是访问控制标志，接着是方法名称索引，然后是方法描述索引，最后是和方法关联的属性。于是照猫画虎，小白就开始了。

先读到public关键字，这是个访问控制修饰符，肯定也有一张表和它对应，可以找到这个关键字对应的数值。

还没等小白开口，编译器就赶紧把表找出来了：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

小白继续，ACC_PUBLIC对应的值是0x0001，就把这个值先保存起来。

然后是方法的名字，getName，是一个字符串，照例把它存入常量池，并且有一个索引，就是#26。

接着该方法的描述了，小白认为方法和字段是不同的，除了有返回类型之外，还有参数呢，这该咋整呢？

于是就问编译器，“方法的描述应该也有格式吧”？

“你越来越聪明了”，编译器说到，“其实也很简单，我来简单说下吧”。

“在Java中如果把访问控制符、方法名、参数名、方法体都去掉，其实就剩下‘方法签名’了”。

例如，没有入参没有返回值的，就是这个样子，void()。

返回值为String，入参为int，double，String的，其实就是这样个子，String(int, double, String)。

“这个方法签名其实就是在Java中对方法的描述，在字节码中和它差不多，就是把返回类型放到后面，把参数间的逗号去掉”。

因此void()映射为()V，这里要注意的是void对应的是大写字母V。

String(int, double, String)映射为(IDLjava/lang/String;)Ljava/lang/String;

“不难，不难”，小白说到，于是又继续开始了。

小白按照这种格式，把刚刚的那个方法描述也存入了常量池，得到的索引就是#27。

小白按这个套路把6个方法都整理好了，接下来该按格式把数据写入字节数组了。

编程新说注：方法的代码对应的是JVM的指令，这里就忽略不谈了，后续可能会单独再说。

编译器提醒小白说，“你是不是还漏掉了一个方法啊”？

小白又看了一遍Java源码，仔细数了数，是6个呀，没错啊。

编译器说到，你在学习时有没有见过这样一句话，“当类没有定义构造函数时，编译器会为它生成一个默认的无参构造函数”。

小白连忙点头，“嗯嗯嗯，见过的”。

“这就是了”，编译器说道，“不过需要注意的是，在字节码中构造方法的名字都是<init>，返回类型都是V”。

“这也是规定的吧”，小白说到，编译器点了点头。

编译器又说到，“其实还有方法的参数信息，如参数位置，参数类型，参数名称，参数的访问控制标志等”。

“这些信息都是放在方法格式里最后的属性信息中的，咱们也暂时不说它们了”。

编程新说注：

在JDK7及以前，字节码中不包含方法的参数名。因为JVM执行指令时，参数是按位置传入的，所以参数名对代码的执行没有用处。

由于越来越多的框架采用按方法参数名进行数值绑定，Java也只好在JDK8时加入了对参数名的支持。

不过需要设置一下编译器的–parameters参数，这样才能把方法参数名也放入字节码中。

可以看看常量池中的#32是“MethodParameters”字符串，说明字节码中已经包含参数名了。

常量池中#7、#9、#11三个字符串就是参数名，同时也是字段名，这就是复用的好处。

编程新说注：方法的格式和字段的格式完全一样，就不再演示写入过程了。

因此这个类共有7个方法。

MethodsCount [getCount()=7]
Methods [
#0 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=13, getName()=<init>, getDescriptorIndex()=14, getDescriptor()=()V, getAttributesCount()=1, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=3, getMaxLocals()=1, getCodeLength()=12, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=12], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=3, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=8], LineNumTable [getStartPc()=4, getLineNumber()=12], LineNumTable [getStartPc()=11, getLineNumber()=8]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=1, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=12, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0]]]]]]]
#1 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=26, getName()=getName, getDescriptorIndex()=27, getDescriptor()=()Ljava/lang/String;, getAttributesCount()=1, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=1, getMaxLocals()=1, getCodeLength()=5, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=5], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=1, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=16]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=1, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=5, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0]]]]]]]
#2 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=30, getName()=setName, getDescriptorIndex()=31, getDescriptor()=(Ljava/lang/String;)V, getAttributesCount()=2, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=2, getMaxLocals()=2, getCodeLength()=6, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=6], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=2, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=21], LineNumTable [getStartPc()=5, getLineNumber()=22]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=2, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0], LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=7, getDescriptorIndex()=8, getIndex()=1]]]]], MethodParameters [getParametersCount()=1, getParameters()=[Parameter [getNameIndex()=7, getAccessFlags()=0x0]]]]]
#3 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=33, getName()=getColor, getDescriptorIndex()=34, getDescriptor()=()I, getAttributesCount()=1, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=1, getMaxLocals()=1, getCodeLength()=5, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=5], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=1, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=26]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=1, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=5, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0]]]]]]]
#4 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=37, getName()=setColor, getDescriptorIndex()=38, getDescriptor()=(I)V, getAttributesCount()=2, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=2, getMaxLocals()=2, getCodeLength()=6, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=6], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=2, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=31], LineNumTable [getStartPc()=5, getLineNumber()=32]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=2, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0], LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=9, getDescriptorIndex()=10, getIndex()=1]]]]], MethodParameters [getParametersCount()=1, getParameters()=[Parameter [getNameIndex()=9, getAccessFlags()=0x0]]]]]
#5 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=11, getName()=weight, getDescriptorIndex()=39, getDescriptor()=()D, getAttributesCount()=1, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=2, getMaxLocals()=1, getCodeLength()=5, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=5], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=1, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=35]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=1, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=5, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0]]]]]]]
#6 = MethodInfo [getAccessFlags()=MethodAccessFlags [getAccessFlags()=0x1, getAccessFlagsString()=[ACC_PUBLIC]], getNameIndex()=11, getName()=weight, getDescriptorIndex()=40, getDescriptor()=(D)V, getAttributesCount()=2, getAttributes()=[Code [getMaxStack()=3, getMaxLocals()=3, getCodeLength()=6, getJvmCode()=JvmCode [getCode()=6], getExceptionTableLength()=0, getExceptionTables()=[], getAttributesCount()=2, getAttributes()=[LineNumberTable [getLineNumTableLength()=2, getLineNumTables()=[LineNumTable [getStartPc()=0, getLineNumber()=39], LineNumTable [getStartPc()=5, getLineNumber()=40]]], LocalVariableTable [getLocalVarTableLength()=2, getLocalVarTables()=[LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=24, getDescriptorIndex()=25, getIndex()=0], LocalVarTable [getStartPc()=0, getLength()=6, getNameIndex()=11, getDescriptorIndex()=12, getIndex()=1]]]]], MethodParameters [getParametersCount()=1, getParameters()=[Parameter [getNameIndex()=11, getAccessFlags()=0x0]]]]]
]

编程新说注：方法部分的输出内容很多，是因为包含了方法体的代码的信息。

（十）

“真是后生可畏啊”，编译器感慨到。 “小白竟然也能按照套路去在做点事情了”。

不过编译器并不自危，因为最核心的内容是，可执行代码如何转换为JVM指令集中的指令，这可是“压箱底”的干货，可不能随便告诉别人，长得再好看也不行。哈哈，O(∩_∩)O。

接着编译器拿出一个完整的字节码文件格式图给小白看：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记

小白看完后说，“和刚刚讲的一样，只是最后也有这个属性信息啊”。

编译器说，“属性信息是字节码文件中非常复杂的内容，可以暂时不管用了”。

上面已经说了，至少注解的相关内容是放在属性信息里的。

那就看看你写的这个类的属性信息都是什么吧：

AttributesCount [getCount()=2]
Attributes [
#0 = SourceFile [getSourcefileIndex()=42]
#1 = RuntimeVisibleAnnotations [getNumAnnotations()=1, getAnnotations()=[Annotation [getTypeIndex()=44, getNumElementValuePairs()=1, getElementValuePairs()=[ElementValuePair [getElementNameIndex()=7, getElementValue()=ElementValue [getTag()=ElementValueTag [getTagChar()=s], getUnion()=ElementValueUnion [getConstValueIndex()=45]]]]]]]
]

编译器继续说，共有2条属性信息，第一条是源代码文件的名字，在常量池中的#42。其实就是Apple.java了。

第二条是运行时可见的注解信息，本类共有1个注解，注解类型是常量池中的#44。其实就是Lorg/cnt/java/Health;了。

该注解共显式设置了1对属性值。属性名称是常量池中的#7，就是name了，类型是小写的s，表示String类型，属性值是#45，也就是“健康水果”了。

下图中的这些类型，都是可以用于注解属性的类型：

【JVM故事】一个Java字节码文件的诞生记