JVM_字节码的属性

作者: wo883721 | 来源:发表于2021-12-12 16:07 被阅读0次

上一章中介绍了字节码文件的基本结构，这一章我们介绍字节码文件中的属性，属性的通用格式如下:

attribute_info {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u1 info[attribute_length];
}

attribute_name_index : 属性名对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，值就是属性名，通过属性名区分不同属性。
attribute_length : 属性数据的长度，不包括 attribute_name_index 和 attribute_length 这六个字节长度。
info[attribute_length] : 属性数据的字节数组，每个属性数据大小不一样。

在 JVM8 中一共有 23 属性，分别是:

属性名	所在位置	描述
SourceFile	ClassFile	记录源码文件名
InnerClasses	ClassFile	内部类的列表
EnclosingMethod	ClassFile	当且仅当类为局部类或者匿名类时，才有这个属性，标记这个类所在的外部方法
SourceDebugExtension	ClassFile	用于储存额外的调式信息；比如`JSP`文件调试时，无法通过`java`堆栈来定位`JSP`文件行号。
BootstrapMethods	ClassFile	引导方法列表，`invokedynamic` 指令就是和对应引导方法绑定
ConstantValue	field_info	通过 `final` 关键字修饰的字段对应的常量值
Code	method_info	方法对应字节码指令
Exceptions	method_info	方法抛出的异常列表
RuntimeVisibleParameterAnnotations	method_info	可见的方法参数注解
RuntimeInvisibleParameterAnnotations	method_info	不可见的方法参数注解
AnnotationDefault	method_info	记录注解类元素默认值
MethodParameters	method_info	将方法参数参数名编译到字节码文件中(编译时加上 `-parameters` 参数)
Synthetic	ClassFile, field_info, method_info	标志字段，方法和类由编译器自动生成
Deprecated	ClassFile, field_info, method_info	声明字段，方法和类将弃用
Signature	ClassFile, field_info, method_info	记录字段，方法和类的泛型信息
RuntimeVisibleAnnotations	ClassFile, field_info, method_info	可见的字段，方法和类注解
RuntimeInvisibleAnnotations	ClassFile, field_info, method_info	不可见的字段，方法和类注解
LineNumberTable	Code	`java` 源码中方法中字节指令和行号对应关系
LocalVariableTable	Code	方法中局部变量描述
LocalVariableTypeTable	Code	方法中泛型局部变量描述
StackMapTable	Code	记录数据供类型检查验证器检查，来验证方法局部变量表和操作数栈所需类型是否匹配
RuntimeVisibleTypeAnnotations	ClassFile, field_info, method_info, Code	可见的类型注解，主要用于实现 `JSR 308`
RuntimeInvisibleTypeAnnotations	ClassFile, field_info, method_info, Code	不可见的类型注解，主要用于实现 `JSR 308`

这23 个属性分为三个部分：

对 java 虚拟机正确解读字节码文件起关键作用的5 个属性：
- ConstantValue
- Code
- StackMapTable
- Exceptions
- BootstrapMethods
对 java SE 能够正确解读字节码文件起关键作用的12 个属性：
- InnerClasses
- EnclosingMethod
- Synthetic
- Signature
- RuntimeVisibleAnnotations
- RuntimeInvisibleAnnotations
- RuntimeVisibleParameterAnnotations
- RuntimeInvisibleParameterAnnotations
- RuntimeVisibleTypeAnnotations
- RuntimeInvisibleTypeAnnotations
- AnnotationDefault
- MethodParameters
对 java SE 解读字节码文件起工具性辅助作用的6个属性：
- SourceFile
- SourceDebugExtension
- LineNumberTable
- LocalVariableTable
- LocalVariableTypeTable
- Deprecated

一. 简单属性

1.1 `ConstantValue`

ConstantValue_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 constantvalue_index;
}

这是一个定长属性，constantvalue_index 是常量池的一个有效索引，类型是基础类型和 CONSTANT_String_info 类型，通过final 关键字修饰的字段就会有这个值。

1.2 `InnerClasses`

InnerClasses_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 number_of_classes;
   {   u2 inner_class_info_index;
       u2 outer_class_info_index;
       u2 inner_name_index;
       u2 inner_class_access_flags;
     } classes[number_of_classes];
}

这是一个变长属性，因为一个类可能有多个内部类：

number_of_classes 和 classes[number_of_classes]: 记录内部类的信息。
- inner_class_info_index : CONSTANT_Class_info 类型常量的有效索引，表示内部类的符号引用。
- outer_class_info_index : CONSTANT_Class_info 类型常量的有效索引，表示外部类的符号引用。
- inner_name_index : CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，表示内部类的简单名字。
- inner_class_access_flags : 表示内部类的访问标志。

1.3 `EnclosingMethod`

EnclosingMethod_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 class_index;
   u2 method_index;
}

这个是定长属性，当且仅当类为局部类或者匿名类时，才有这个属性：

class_index : CONSTANT_Class_info 类型常量的有效索引，是包含这个局部类或者匿名类的外部类的符号引用。
method_index : CONSTANT_NameAndType_info 类型常量的有效索引，表示包含这个局部类或者匿名类方法的名称和描述符。但是如果这个方法是类初始化方法或者实例初始化方法中，那么这个值必须是 0。

1.4 `Synthetic`

Synthetic_attribute {
     u2 attribute_name_index;
     u4 attribute_length;
}

这个是定长属性，attribute_length 的值必须是 0，表示字段，方法和类由编译器自动生成。

1.5 `MethodParameters`

MethodParameters_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u1 parameters_count;
   {   u2 name_index;
       u2 access_flags;
   }   parameters[parameters_count];
}

这是一个变长属性，记录方法中参数名称：

parameters_count 和 parameters[parameters_count] : 记录方法参数名列表：
- name_index : CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，表示方法参数名称。
- access_flags : 方法参数的访问标志。

1.6 `SourceFile`

SourceFile_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 sourcefile_index;
}

这是一个定长属性，attribute_length 的值就是2，sourcefile_index 是常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，值就是源文件的名字。

1.7 `SourceDebugExtension`

SourceDebugExtension_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u1 debug_extension[attribute_length];
}

这是一个变长属性，debug_extension[attribute_length] 字节数组记录额外的调式信息。

1.8 `LineNumberTable`

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];
}

这是一个变长属性，记录方法的字节指令地址对应源码行号关系：

line_number_table_length 和 line_number_table[line_number_table_length] : 字节指令地址和行号对应关系。
- start_pc : 字节指令地址。
- line_number : 对应的源码行号。

1.9 `LocalVariableTable`

LocalVariableTable_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 local_variable_table_length;
   {    u2 start_pc;
        u2 length;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index;
        u2 index;
    }   local_variable_table[local_variable_table_length];
}

这是一个变长属性，记录方法中每个局部变量的描述符和作用范围：

local_variable_table_length 和 local_variable_table[local_variable_table_length] : 记录局部变量的描述符和作用范围。
- start_pc : 开始的指令地址。
- length : 作用范围长度。
- name_index : 局部变量的名字。
- descriptor_index : 局部变量类型描述符。
- index : 局部变量在局部变量表的索引。

1.10 `LocalVariableTypeTable`

LocalVariableTypeTable_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 local_variable_type_table_length;
   {   u2 start_pc;
       u2 length;
       u2 name_index;
       u2 signature_index;
       u2 index;
    }  local_variable_type_table[local_variable_type_table_length];
}

这是一个变长属性，记录方法中具有泛型的局部变量的泛型签名和作用范围：

local_variable_type_table_length 和 local_variable_type_table[local_variable_type_table_length] : 记录局部变量的泛型签名和作用范围。
- start_pc : 开始的指令地址。
- length : 作用范围长度。
- name_index : 局部变量的名字。
- signature_index : 局部变量泛型签名。
- index : 局部变量在局部变量表的索引。

LocalVariableTypeTable 是 LocalVariableTable 的补充，主要就是为了记录方法中具有泛型的局部变量的泛型签名信息。

1.11 `Deprecated`

Deprecated_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
}

这个是定长属性，attribute_length 的值必须是 0，声明字段，方法和类将弃用。

二. 方法相关

2.1 `Code`

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];
}

记录方法相关数据：

max_stack : 当前方法执行时最大操作数栈深度，和 max_locals 一起用来计算方法对应虚拟机栈的栈帧大小。
max_locals : 当前方法局部变量表的大小，和 max_locals 一起用来计算方法对应虚拟机栈的栈帧大小。
code_length 和 code[code_length]: 记录方法编译后的指令数据。
exception_table_length 和 exception_table[exception_table_length]: 方法异常处理器。

这个指定是方法中 try {} catch(){} 语句，而不是方法声明中 throw 的异常。
- start_pc : 开始指令地址，包括它。
- end_pc : 结束指令地址，不包括它。
- handler_pc : 跳转执行异常的指令地址。
- catch_type : CONSTANT_Class_info 类型常量池有效索引，表示这个异常的类型。
attributes_count 和 attributes[attributes_count] : 表示方法的属性表。

public class T{

    public static void main() {
        int i = 0;
        try {
            i = 1;
        } catch (Exception e1) {
            i = 2;
        }
    }
}

对应的字节码:

 public static void main();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: istore_0
         2: iconst_1
         3: istore_0
         4: goto          10
         7: astore_1
         8: iconst_2
         9: istore_0
        10: return
      Exception table:
         from    to  target type
             2     4     7   Class java/lang/Exception
      LineNumberTable:
        line 5: 0
        line 7: 2
        line 10: 4
        line 8: 7
        line 9: 8
        line 11: 10
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            8       2     1    e1   Ljava/lang/Exception;
            2       9     0     i   I
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 7
          locals = [ int ]
          stack = [ class java/lang/Exception ]
        frame_type = 2 /* same */

可以分析得出：

方法的 max_stack 是1；max_locals 是2,因为是实例方法，局部变量表有一个 this 变量；然后就是指令集。

exception_table 只有一个，start_pc 是2,end_pc 是 4,handler_pc 是 7, 捕捉的异常是 Exception 类型；也就是说如果指令[2,4)过程中发生 Exception 类型异常，那么就跳转到指令7 的位置开始执行。

下面就是 Code 属性拥有的其他属性。

2.2 `Exceptions`

Exceptions_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 number_of_exceptions;
   u2 exception_index_table[number_of_exceptions];
}

是一个变长属性，表示方法抛出的异常，exception_index_table[number_of_exceptions] 就是抛出异常类型列表，就方法上直接 throws 的异常列表。

2.3 `StackMapTable`

这个属性极其复杂，称为栈映射帧，主要用来加快字节码中方法指令类型检查的，我们先来看看它的结构：

StackMapTable_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 number_of_entries;
   stack_map_frame entries[number_of_entries];
}

也就是说一个方法里可能有多个栈映射帧，它的数据结构就是 stack_map_frame。

2.3.1 `stack_map_frame`

union stack_map_frame {
   same_frame;
   same_locals_1_stack_item_frame;
   same_locals_1_stack_item_frame_extended;
   chop_frame;
   same_frame_extended;
   append_frame;
   full_frame;
}

栈映射帧一个有7 类型，每个类型格式如下：

same_frame {  
    u1 frame_type = SAME;/* 0-63 */  
}  
  
same_locals_1_stack_item_frame {  
    u1 frame_type = SAME_LOCALS_1_STACK_ITEM;/* 64-127 */  
    verification_type_info stack[1];  
}  
  
same_locals_1_stack_item_frame_extended {  
    u1 frame_type = SAME_LOCALS_1_STACK_ITEM_EXTENDED;/* 247 */  
    u2 offset_delta;  
    verification_type_info stack[1];  
}  
  
chop_frame {  
    u1 frame_type=CHOP; /* 248-250 */  
    u2 offset_delta;  
}  
  
same_frame_extended {  
    u1 frame_type = SAME_FRAME_EXTENDED;/* 251*/  
    u2 offset_delta;  
}  
  
append_frame {  
    u1 frame_type = APPEND; /* 252-254 */  
    u2 offset_delta;  
    verification_type_info locals[frame_type -251];  
}  
  
full_frame {  
    u1 frame_type = FULL_FRAME; /* 255 */  
    u2 offset_delta;  
    u2 number_of_locals;  
    verification_type_info locals[number_of_locals];  
    u2 number_of_stack_items;  
    verification_type_info stack[number_of_stack_items];  
}

union verification_type_info {         
    Top_variable_info;     
    Integer_variable_info;     
    Float_variable_info;     
    Long_variable_info;     
    Double_variable_info;      
    Null_variable_info;     
    UninitializedThis_variable_info; 
    Object_variable_info;     
    Uninitialized_variable_info; 
} 

// Top_variable_info类型说明这个局部变量拥有验证类型top(ᴛ)。
Top_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Top;  /* 0 */ 
} 

// Integer_variable_info类型说明这个局部变量包含验证类型int 
Integer_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Integer;  /* 1 */ 
} 

//Float_variable_info类型说明局部变量包含验证类型float 
Float_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Float;  /* 2 */ 
} 

// Long_variable_info结构在局部变量表或操作数栈中占用2个存储单元。 
Long_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Long;  /* 4 */ 
} 

// Double_variable_info结构在局部变量表或操作数栈中占用2个存储单元。 
Double_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Double;  /* 3 */  
}

// Null_variable_info类型说明存储单元包含验证类型null。
Null_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Null;  /* 5 */ 
}

// UninitializedThis_variable_info类型说明存储单元包含验证类型uninitializedThis。 
UninitializedThis_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_UninitializedThis;  /* 6 */ 
} 

// Object_variable_info类型说明存储单元包含某个Class的实例。由常量池在cpool_index给出的索引处的CONSTANT_CLASS_Info（§4.4.1）结构表示。 
Object_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Object; /* 7 */ 
u2 cpool_index; 
} 

// Uninitialized_variable_info说明存储单元包含验证类型uninitialized(offset)。offset项给出了一个偏移量，表示在包含此StackMapTable属性的Code属性中，new指令创建的对象所存储的位置。
Uninitialized_variable_info {  
    u1 tag = ITEM_Uninitialized /* 8 */  
    u2 offset; 
}

2.3.2 `stack_map_frame` 那个格式作用

其实最主要的就是栈映射帧的三个属性:

offset_delta : 表示当前这个栈映射帧的增量偏移量，用于计算每个帧在运行时的实际字节码偏移量。

使用时帧的字节偏移量计算方法为: 前一帧的字节码偏移量（Bytecode Offset）加上offset_delta的值再加1，如果前一个帧是方法的初始帧（Initial Frame），那这时候字节码偏移量就是offset_delta。
locals[] : 记录方法运行到这里，本地变量表中变量情况，类型是 verification_type_info。
stack[] : 这个和方法当前操作数栈没有关系，主要是和异常有关，就是当前捕捉到的异常。

那为什么要分为 7 中类型，其实就是为了节省数据，虽然说 full_frame 可以表示任何情况下的栈映射帧，但是它浪费了太多数据，只有在其他类型不能满足的情况下，才会使用 full_frame 类型。

根据和上一个栈映射帧的 locals[] 和 stack[] 不同，分为四种情况：

有相同的 locals[]，且 stack[] 为空，那么就使用 same_frame 和 same_frame_extended。

same_frame 只有一个字节的值，而且范围就是 0-63，超过 63就是另一个类型了，就用它表示当前栈映射帧的offset_delta。
same_frame_extended 是 same_frame 的扩展，因为same_frame类型的offset_delta最大只能是 63。

有相同的 locals[]，且 stack[] 不为空，长度为1，那么就使用 same_locals_1_stack_item_frame 和 same_locals_1_stack_item_frame_extended。

same_locals_1_stack_item_frame 的 frame_type 值是 64-127，也就是说 frame_type - 64 就是当前栈映射帧的offset_delta。
same_locals_1_stack_item_frame_extended 是 same_locals_1_stack_item_frame 的扩展。

stack[] 为空但是局部变量减少了，那么就使用 chop_frame。

frame_type 的范围是 248-250，而251 - frame_type 表示减少的局部变量值，也就是说最多只能是3 个，减少的局部变量超过3 个，那么就要使用 full_frame 类型。

stack[] 为空但是有新的局部变量添加到 locals[]，那么就使用 append_frame。

frame_type 的范围是 252-254，而frame_type - 251 表示增加的局部变量值，也就是说最多只能是3 个，增加的局部变量超过3 个，那么就要使用 full_frame 类型。
locals[frame_type -251] 表示增加的局部变量情况。

2.3.3 例子

public class T{
    public void test() {
        int i1 = 0;
        if (i1 > 0) {}
        i1 = 0;
        if (i1 > 0) {}
    }
}

对应的字节码:

public void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: iconst_0
         1: istore_1
         2: iload_1
         3: ifle          6
         6: iconst_0
         7: istore_1
         8: iload_1
         9: ifle          12
        12: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
        line 9: 2
        line 10: 6
        line 11: 8
        line 12: 12
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;
            2      11     1    i1   I
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 252 /* append */
          offset_delta = 6
          locals = [ int ]
        frame_type = 5 /* same */

使用 if (i1 > 0) {} 条件判断进行程序跳转，就会产生两个栈映射帧，第一个肯定是 append_frame 类型，因为定义了 i1 变量；第二个就是 same_frame 类型。

public class T{
    public void test() {
        int i1 = 0;
        if (i1 > 0) {}
        i1 = 0;
        if (i1 > 0) {}
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        i1 = 0;
        if (i1 > 0) {}
    }
}

对应字节码就是

      StackMapTable: number_of_entries = 3
        frame_type = 252 /* append */
          offset_delta = 6
          locals = [ int ]
        frame_type = 5 /* same */
        frame_type = 251 /* same_frame_extended */
          offset_delta = 65

我们使用多个 i1 = 0; 来增加指令的个数，这样我们就看到了 same_frame_extended 类型。

public class T{
    public void test() {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
        }
    }
}

对应字节码:

public void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: iconst_0
         1: istore_1
         2: iload_1
         3: iconst_2
         4: if_icmpge     13
         7: iinc          1, 1
        10: goto          2
        13: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 9: 13
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            2      11     1     i   I
            0      14     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 252 /* append */
          offset_delta = 2
          locals = [ int ]
        frame_type = 250 /* chop */
          offset_delta = 10

因为循环完成后，locals[] 中少了 int 变量，那么就出现了 chop_frame 类型。

public class T{
    public void test() {
        int i = 0;
        try {
            i = 1;
        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
            i = 2;
        } catch (Exception e) {
            i = 3;
        }
    }
}

对应字节码

 public void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0
         1: istore_1
         2: iconst_1
         3: istore_1
         4: goto          16
         7: astore_2
         8: iconst_2
         9: istore_1
        10: goto          16
        13: astore_2
        14: iconst_3
        15: istore_1
        16: return
      Exception table:
         from    to  target type
             2     4     7   Class java/lang/IndexOutOfBoundsException
             2     4    13   Class java/lang/Exception
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 9: 2
        line 14: 4
        line 10: 7
        line 11: 8
        line 14: 10
        line 12: 13
        line 13: 14
        line 15: 16
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            8       2     2     e   Ljava/lang/IndexOutOfBoundsException;
           14       2     2     e   Ljava/lang/Exception;
            0      17     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;
            2      15     1     i   I
      StackMapTable: number_of_entries = 3
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 7
          locals = [ class com/zhang/jvm/reflect/_3/T, int ]
          stack = [ class java/lang/IndexOutOfBoundsException ]
        frame_type = 69 /* same_locals_1_stack_item */
          stack = [ class java/lang/Exception ]
        frame_type = 2 /* same */

三. `BootstrapMethods`

这个是引导方法列表。

BootstrapMethods_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 num_bootstrap_methods;
   {   u2 bootstrap_method_ref;
       u2 num_bootstrap_arguments;
       u2 bootstrap_arguments[num_bootstrap_arguments];
   }   bootstrap_methods[num_bootstrap_methods];
}

这是一个变长属性，记录引导方法列表：

num_bootstrap_methods : 表示引导方法个数。
bootstrap_methods[num_bootstrap_methods] : 引导方法信息。
- bootstrap_method_ref : CONSTANT_MethodHandle_info 类型常量的有效索引。
- bootstrap_arguments : 引导方法的额外参数个数。
- bootstrap_arguments[num_bootstrap_arguments] : 额外参数数据，类型应该是 CONSTANT_String_info,CONSTANT_Class_info,CONSTANT_Integer_info,CONSTANT_Long_info,CONSTANT_Float_info,CONSTANT_Double_info,CONSTANT_MethodHandle_info和CONSTANT_MethodType_info 类型。

public class T{
    public void test() {
       Runnable run = () -> {};
       run.run();
    }
}

对应字节码:

Classfile /Users/zhangxinhao/work/java/test/example/jvm/build/classes/java/main/com/zhang/jvm/reflect/_3/T.class
  Last modified 2021-12-12; size 984 bytes
  MD5 checksum 9920a59a604240e9009aeaf197dcf5b6
  Compiled from "T.java"
public class com.zhang.jvm.reflect._3.T
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#19         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = InvokeDynamic      #0:#24         // #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
   #3 = InterfaceMethodref #25.#26        // java/lang/Runnable.run:()V
   #4 = Class              #27            // com/zhang/jvm/reflect/_3/T
   #5 = Class              #28            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               <init>
   #7 = Utf8               ()V
   #8 = Utf8               Code
   #9 = Utf8               LineNumberTable
  #10 = Utf8               LocalVariableTable
  #11 = Utf8               this
  #12 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;
  #13 = Utf8               test
  #14 = Utf8               runnable
  #15 = Utf8               Ljava/lang/Runnable;
  #16 = Utf8               lambda$test$0
  #17 = Utf8               SourceFile
  #18 = Utf8               T.java
  #19 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
  #20 = Utf8               BootstrapMethods
  #21 = MethodHandle       #6:#29         // invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
  #22 = MethodType         #7             //  ()V
  #23 = MethodHandle       #6:#30         // invokestatic com/zhang/jvm/reflect/_3/T.lambda$test$0:()V
  #24 = NameAndType        #31:#32        // run:()Ljava/lang/Runnable;
  #25 = Class              #33            // java/lang/Runnable
  #26 = NameAndType        #31:#7         // run:()V
  #27 = Utf8               com/zhang/jvm/reflect/_3/T
  #28 = Utf8               java/lang/Object
  #29 = Methodref          #34.#35        // java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
  #30 = Methodref          #4.#36         // com/zhang/jvm/reflect/_3/T.lambda$test$0:()V
  #31 = Utf8               run
  #32 = Utf8               ()Ljava/lang/Runnable;
  #33 = Utf8               java/lang/Runnable
  #34 = Class              #37            // java/lang/invoke/LambdaMetafactory
  #35 = NameAndType        #38:#42        // metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
  #36 = NameAndType        #16:#7         // lambda$test$0:()V
  #37 = Utf8               java/lang/invoke/LambdaMetafactory
  #38 = Utf8               metafactory
  #39 = Class              #44            // java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup
  #40 = Utf8               Lookup
  #41 = Utf8               InnerClasses
  #42 = Utf8               (Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
  #43 = Class              #45            // java/lang/invoke/MethodHandles
  #44 = Utf8               java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup
  #45 = Utf8               java/lang/invoke/MethodHandles
{
  public com.zhang.jvm.reflect._3.T();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;

  public void test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: invokedynamic #2,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
         5: astore_1
         6: aload_1
         7: invokeinterface #3,  1            // InterfaceMethod java/lang/Runnable.run:()V
        12: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 8: 6
        line 9: 12
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/_3/T;
            6       7     1 runnable   Ljava/lang/Runnable;

  private static void lambda$test$0();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
    Code:
      stack=0, locals=0, args_size=0
         0: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
}
SourceFile: "T.java"
InnerClasses:
     public static final #40= #39 of #43; //Lookup=class java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup of class java/lang/invoke/MethodHandles
BootstrapMethods:
  0: #21 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
      #22 ()V
      #23 invokestatic com/zhang/jvm/reflect/_3/T.lambda$test$0:()V
      #22 ()V

先看一下 test() 方法

     0: invokedynamic #2,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
         5: astore_1
         6: aload_1
         7: invokeinterface #3,  1            // InterfaceMethod java/lang/Runnable.run:()V
        12: return

使用了 invokedynamic 指令，#2 是常量池索引为2 的值，是一个 CONSTANT_InvokeDynamic_info 类型, 指向第一个引导方法，而且方法名是 run，方法描述符是 ()Ljava/lang/Runnable，也就是说这个引导方法会返回一个 Runnable 实例。

astore_1 将引导方法返回的 Runnable 实例存储到局部变量 runnable 中。

invokeinterface 直接调用这个Runnable 接口实例的 runnable 的run 方法。

再看看引导方法

BootstrapMethods:
  0: #21 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
      #22 ()V
      #23 invokestatic com/zhang/jvm/reflect/_3/T.lambda$test$0:()V
      #22 ()V

#21 就是 bootstrap_method_ref，是一个 CONSTANT_MethodHandle_info 类型，就是LambdaMetafactory 的静态方法 metafactory，返回值是 CallSite 类型。

java 会通过字节码生成一个实现 Runnable 接口的类，并从这个自生成类中查找 run 方法的引用，由这个方法引用创建一个CallSite 类型实例，这样就可以通过方法引用直接调用这个自生成类的 run 方法。
#22,#23和 #22 都是这个引导方法的参数列表，类型分别是 CONSTANT_MethodHandle_info,CONSTANT_MethodType_info和CONSTANT_MethodHandle_info 类型。

#23 就是当前类 (T) 的 lambda$test$0 方法，这个是由编译器自动生成的方法。

生成类的代码:

import java.lang.invoke.LambdaForm.Hidden;

// $FF: synthetic class
final class T$$Lambda$1 implements Runnable {
    private T$$Lambda$1() {
    }

    @Hidden
    public void run() {
        T.lambda$test$0();
    }
}

直接调用当前类 T 由编译器自动生成的静态方法 lambda$test$0，而这个方法引用是通过引导方法参数传递进去的。

四. `Signature`

Signature_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 signature_index;
}

这是一个定长属性，大小就是8 个字节，signature_index表示 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，就是这个签名信息字符串。

我们介绍字段和方法描述符的时候，提到过描述符只能体现四种类型:

BaseType : 基础类型，分别是 B C D F I J S Z L。
ObjectType : 引用类型，格式是 LClassName;，即以L开头，以;结尾，中间是类的全限定名。
ArrayType : 数组类型，格式是 [ComponentType ，即以[开头，ComponentType 表示三个类型中任意类型。
V : 就是 void，这个比较特殊，单指方法返回值为空。

但是我们知道从 java5.0 开始，java 语言开始支持泛型，那这个泛型信息记录在哪里呢？其实都记录在 Signature 属性中。

4.1 类型签名

1. JavaTypeSignature -> ReferenceTypeSignature | BaseType
2. BaseType -> B | C | D | F | I | J | S | Z
3. ReferenceTypeSignature -> ClassTypeSignature
                             | TypeVariableSignature 
                             | ArrayTypeSignature
4. ClassTypeSignature -> L [PackageSpecifier]
                   SimpleClassTypeSignature {ClassTypeSignatureSuffix} ;
5. PackageSpecifier ->  Identifier / {PackageSpecifier}
6. SimpleClassTypeSignature -> Identifier [TypeArguments]
7. TypeArguments -> < TypeArgument {TypeArgument} >
8. TypeArgument -> [WildcardIndicator] ReferenceTypeSignature | *
9. WildcardIndicator -> + | -
10. ClassTypeSignatureSuffix -> . SimpleClassTypeSignature
11. TypeVariableSignature -> T Identifier ;
12. ArrayTypeSignature -> [ JavaTypeSignature

类型签名的语法推导公式比较复杂，一共有12 个，它规定了 java 能够使用的泛型类型的形式，下面我们将一个一个分析。

4.1.1 `JavaTypeSignature`

JavaTypeSignature -> ReferenceTypeSignature | BaseType

表示 java 类型签名，分为引用类型签名ReferenceTypeSignature和基础类型签名BaseType。

可能大家有疑惑，签名信息怎么会有基础类型，在常规理解中，基础类型是不能用作泛型的啊；例如 List<int> 这个是不允许的。

但是其实有两处，基础类型是可以放到泛型信息中的。

一个是基础类型数组，因为数组是一个引用类型，例如 List<int[]> 这个是允许的。

一个是方法签名，泛型方法中是可以有基础类型参数的。

4.1.2 `BaseType`

BaseType -> B | C | D | F | I | J | S | Z

一共分为八种，分别是 B C D F I J S Z。

其中 Z 表示 boolean 类型，因为 B 已经表示byte 类型了；J 表示 long 类型，因为 L 这个字符被引用类型用了。

4.1.3 `ReferenceTypeSignature`

 ReferenceTypeSignature -> ClassTypeSignature
                             | TypeVariableSignature 
                             | ArrayTypeSignature

表示引用类型签名，分为三种：

ClassTypeSignature : 类或者接口类型签名。
TypeVariableSignature : 类型变量类型签名，主要定义泛型类和泛型方法时的类型变量。例如 class User<T> ，这里面的 T 就是类型变量。
ArrayTypeSignature : 数组类型签名。

4.1.4 `ClassTypeSignature`

ClassTypeSignature -> L [PackageSpecifier]
                   SimpleClassTypeSignature {ClassTypeSignatureSuffix} ;

表示类或者接口类型签名，分为四个部分：

L : 类或者接口类型签名必须是以 L 开头。
[PackageSpecifier] : 表示这个类或者接口的包名，因为包名有可能有，也有可能没有，所以使用 [] 表示出现0次或者1次。
SimpleClassTypeSignature : 类简单签名信息。
{ClassTypeSignatureSuffix} : 这个是内部类的签名信息，因此内部类的内部类，因此这里使用{} 表示可以出现0次或者多次。

例如：

public class T<U> {

    T1<String>.T2<Number> t2;

    class T1<U1> {
        class T2<U2> {}
    }
}

我们来看字段 t2 对应的类型签名 Lcom/zhang/jvm/reflect/_2/T<TU;>.T1<Ljava/lang/String;>.T2<Ljava/lang/Number;>;

可以分析得出:

com/zhang/jvm/reflect/_2/ 就是 PackageSpecifier。

T<TU;> 就是 SimpleClassTypeSignature，第一个 T 表示这个类名，TU; 是一个 TypeVariableSignature 签名。

.T1<Ljava/lang/String;> 就是 ClassTypeSignatureSuffix。

.T2<Ljava/lang/Number;> 就是 ClassTypeSignatureSuffix。

4.1.5 `PackageSpecifier`

PackageSpecifier ->  Identifier / {PackageSpecifier}

就是包名信息，用/ 作为标识符 Identifier 的分隔符。

4.1.6 `SimpleClassTypeSignature`

SimpleClassTypeSignature -> Identifier [TypeArguments]

类的简单签名，分为两部分：

Identifier : 这个标识符就是类名，不包含包名的简单名字。
[TypeArguments] : 表示参数化类型列表签名，因为可能有也可能没有，所以使用 [] 表示出现0次或者1次。

4.1.7 `TypeArguments`

TypeArguments -> < TypeArgument {TypeArgument} >

表示参数化类型列表签名，分为三个部分：

< > : 参数化类型列表签名必须以 < 开头，以 > 结尾。
TypeArgument : 单个参数化类型签名。
{TypeArgument} : 可能有多个参数化类型，所以使用{} 表示出现0次或者多次。

例如 Map<String, Integer> :

它的完整签名Ljava/util/Map<Ljava/lang/String;Ljava/lang/Integer;>;

其中 <Ljava/lang/String;Ljava/lang/Integer;> 就是参数化类型列表签名。

4.1.8 `TypeArgument`

TypeArgument -> [WildcardIndicator] ReferenceTypeSignature | *

表示参数化类型签名，有两种类型：

[WildcardIndicator] ReferenceTypeSignature : 上界通配符 ? extends和下界通配符 ? super，再加任意引用类型签名。
* : 表示无界通配符；

例如：

List<?> 对应的签名信息就是 Ljava/util/List<*>;
List<? extends Number> 对应的签名信息就是 Ljava/util/List<+Ljava/lang/Number;>;
List<? super Number> 对应的签名信息就是 Ljava/util/List<-Ljava/lang/Number;>;

4.1.9 `WildcardIndicator`

WildcardIndicator -> + | -

上界通配符 ? extends 对应 + 这个字符；下界通配符 ? super 对应- 这个字符。

4.1.10 `ClassTypeSignatureSuffix`

ClassTypeSignatureSuffix -> . SimpleClassTypeSignature

表示类型引用签名后缀，其实就是内部类的泛型签名信息，因为内部类肯定和外部类是同一个包的，所以这里需要 SimpleClassTypeSignature ，使用 . 开头作为 ClassTypeSignatureSuffix开始。

4.1.11 `TypeVariableSignature`

TypeVariableSignature -> T Identifier ;

表示类型变量的签名，分为三个部分：

T : 类型变量的签名开头字符就是 T。
Identifier : 表示这个类型变量的名字。
; : 类型变量结束符。

例如

public class T<U> {
    U u;
}

这个字段 u 的签名信息就是类型变量类型签名 TU;。

字段u 的类型是 Ljava/lang/Object;，因为类签名 T<U> 中这个 U 就是 Object 类型，这个我们下面在讲解类签名相关信息。

<M> M getM(){return null;}

这个泛型方法返回值 M 的类型变量类型签名就是 TM;。

这个泛型方法完整签名是 <M:Ljava/lang/Object;>()TM;

4.1.12 `ArrayTypeSignature`

ArrayTypeSignature -> [ JavaTypeSignature

数组类型签名，以 [ 开头，再加上任意java 类型签名 JavaTypeSignature 。

4.2 类签名

1. ClassSignature -> [TypeParameters] SuperclassSignature  {SuperinterfaceSignature}
2. TypeParameters -> < TypeParameter {TypeParameter} >
3. TypeParameter -> Identifier ClassBound {InterfaceBound}
4. ClassBound -> : [ReferenceTypeSignature]
5. InterfaceBound -> : ReferenceTypeSignature
6. SuperclassSignature -> ClassTypeSignature
7. SuperinterfaceSignature -> ClassTypeSignature

4.2.1 `ClassSignature`

ClassSignature -> [TypeParameters] SuperclassSignature  {SuperinterfaceSignature}

表示类签名，分为三部分：

[TypeParameters] : 这个类类型变量相关参数信息，有了这个信息，我们使用类型变量类型签名 TypeVariableSignature 时，才知道相关限制信息。
SuperclassSignature : 父类签名信息，一定有这个信息。

你可能疑惑，Object 类就没有父类，那它的 SuperclassSignature 不就没有么。但是Object 类不是泛型类。
{SuperinterfaceSignature} : 表示实现接口的签名信息。

4.2.2 `TypeParameters`

TypeParameters -> < TypeParameter {TypeParameter} >

表示类签名中类型变量参数信息列表，因为泛型类可以有多个类型变量参数信息。

4.2.3 `TypeParameter`

TypeParameter -> Identifier ClassBound {InterfaceBound}

表示类签名中类型变量参数信息签名，分为三部分：

Identifier : 表示类型变量名。
ClassBound : 表示类型变量继承类的签名信息。
{InterfaceBound} : 表示这个类型变量实现接口的签名信息，因为可以实现多个接口，所以这里使用 {}。

4.2.4 `ClassBound`

ClassBound -> : [ReferenceTypeSignature]

表示泛型类中类型变量的绑定类签名信息，它以 :, 再加上任意一个java 引用类型签名 ReferenceTypeSignature。

也就说不止是类或者接口类型签名 ClassTypeSignature，还可以是类型变量类型签名TypeVariableSignature 和数组类型签名ArrayTypeSignature。

为什么要使用 [] , 当类型变量只实现接口的时候，那么绑定类签名信息就只有 : ，而省略了它的父类 Object, 因为只有这样类型变量才会只体现绑定接口信息。

4.2.5 `InterfaceBound`

InterfaceBound -> : ReferenceTypeSignature

表示泛型类中类型变量的绑定接口签名信息，和ClassBound基本一样。

例如

interface TI1 {}
interface TI2 {}

interface TI3 {}
interface TI4 {}

public class T<U1 extends Number & TI1 & TI2, U2 extends String & TI3 & TI4, U3 extends U2> {
    U1 u1;
    U2 u2;
    U3 u3;
}

这个泛型类 T 的签名信息是 <U1:Ljava/lang/Number;:Lcom/zhang/jvm/reflect/_2/TI1;:Lcom/zhang/jvm/reflect/_2/TI2;U2:Ljava/lang/String;:Lcom/zhang/jvm/reflect/_2/TI3;:Lcom/zhang/jvm/reflect/_2/TI4;U3:TU2;>Ljava/lang/Object;
它分为以下几个部分：

<...> 里面就是 TypeParameters 信息。

U1: ... 是 U1 extends Number & TI1 & TI2 对应的 TypeParameter 信息。

U2: ... 是 U2 extends String & TI3 & TI4 对应的 TypeParameter 信息。

U3: ... 是 U3 extends U2 对应的 TypeParameter 信息。

Ljava/lang/Object; 是 SuperclassSignature，即当前类父类类型签名。

对应的这三个字段：

u1 : 它的签名信息是 TU1;，而它的类型是 Ljava/lang/Number;。
u2 : 它的签名信息是 TU2;，而它的类型是 Ljava/lang/String;。
u3 : 它的签名信息是 TU3;，而它的类型是 Ljava/lang/String;。

4.2.6 `SuperclassSignature`

SuperclassSignature -> ClassTypeSignature

表示泛型类继承父类的类型签名。

注意它只能是类类型签名 ClassTypeSignature，也就是说：

你不能继承一个类型变量，例如 class T<U> extends U，这个是不允许的。

你不能继承一个数组类型，例如 class T<U> extends Object[]，这个也是不允许的。

要区分类签名 ClassSignature 和类类型签名ClassTypeSignature 的区别：

类签名 ClassSignature : 记录定义泛型类时的相关信息，例如 class T<U> 。
类类型签名ClassTypeSignature : 表示类或者接口类型签名，例如 List<String>。

4.2.7 `SuperinterfaceSignature`

SuperinterfaceSignature -> ClassTypeSignature

表示泛型类实现接口的类型签名，注意它只能是接口类型签名 ClassTypeSignature。

4.3 方法签名

1. MethodSignature -> [TypeParameters] ( {JavaTypeSignature} ) Result {ThrowsSignature}
2. Result -> JavaTypeSignature | VoidDescriptor
3. ThrowsSignature -> ^ ClassTypeSignature | ^ TypeVariableSignature
4. VoidDescriptor -> V

4.3.1 `MethodSignature`

MethodSignature -> [TypeParameters] ( {JavaTypeSignature} ) Result {ThrowsSignature}

表示方法签名，分为四部分：

[TypeParameters] : 表示方法签名中类型变量参数信息列表。
( {JavaTypeSignature} ) : 表示方法参数签名列表，方法参数签名可以是任意一个java 类型签名。
Result : 表示方法返回值签名。
{ThrowsSignature} : 表示方法抛出异常签名。

4.3.2 `Result`

Result -> JavaTypeSignature | VoidDescriptor

表示方法返回值签名，返回值可以是任意一个java 类型签名，和void 类型。

4.3.3 `ThrowsSignature`

ThrowsSignature -> ^ ClassTypeSignature | ^ TypeVariableSignature

表示方法抛出异常的签名，必须以 ^ 符号开始，再加上异常类类型签名ClassTypeSignature 和类型变量类型签名 TypeVariableSignature(这个类型变量必须是 Throwable 子类)。

注意如果没有抛出类型变量类型异常的话，ThrowsSignature是没有值的。

4.3.4 `VoidDescriptor`

VoidDescriptor -> V

就是特指方法返回值 void 类型。

4.3.5 例子

public class T<U> {
   <M> M getM(int age) throws Exception {
        return null;
    }
}

方法 getM 的签名就是 <M:Ljava/lang/Object;>(I)TM;，分别是：

<M:Ljava/lang/Object;> 就是 TypeParameters，类型变量名字就是M，父类类型就是 Object。

(I) 就是 ( {JavaTypeSignature} )，方法参数签名列表。

TM; 就是 Result，方法返回值签名，这里是类型变量类型签名。

注意，这里虽然抛出了 Exception 异常，但是没有 ThrowsSignature 签名信息。

这个方法描述符是 (I)Ljava/lang/Object; 。

要想有 ThrowsSignature 签名，那必须:

public class T<U extends Throwable> {
   <M> M getM(int age) throws Exception, U {
        return null;
    }
}

这个时候方法 getM 的签名就是 <M:Ljava/lang/Object;>(I)TM;^Ljava/lang/Exception;^TU4;。

4.4 字段签名

1. FieldSignature -> ReferenceTypeSignature

字段签名就是任意一个引用类型签名ReferenceTypeSignature，也就是说不包括基础类型BaseType。

五. 注解

在字节码文件中，注解一共有7 类型，分别是

RuntimeVisibleAnnotations 和 RuntimeInvisibleAnnotations : 类，字段和方法的注解。
- Visible 表示运行期可见，即可以通过反射获取；Invisible 表示运行期不可见，即不能通过反射获取。
- 这里的类指的是 java 的四种类型，即 class,interface,enum和@interface；都可以使用注解。
RuntimeVisibleParameterAnnotations和RuntimeInvisibleParameterAnnotations: 方法参数的注解。

方法参数注解和普通注解的格式有点区别。
AnnotationDefault : 注解默认值。

它主要是记录注解方法的默认值。
RuntimeVisibleTypeAnnotations 和 RuntimeInvisibleTypeAnnotations : 类型注解，这个是 1.8 提供的新功能。

5.1 `RuntimeVisibleAnnotations` 和 `RuntimeInvisibleAnnotations`

表示普通注解，可以修饰类，字段和方法；也就是说这两个属性可以出现在ClassFile, field_info和method_info 的属性表attributes 中。

5.1.1 `RuntimeVisibleAnnotations_attribute`

RuntimeVisibleAnnotations_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 num_annotations;
   annotation annotations[num_annotations];
}

RuntimeInvisibleAnnotations_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u2 num_annotations;
   annotation annotations[num_annotations];
}

这是一个变长属性，分别是:

attribute_name_index : 属性名对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，值就是 RuntimeVisibleAnnotations或者RuntimeInvisibleAnnotations。
attribute_length : 表示当前这个属性去除 attribute_name_index 和 attribute_length 这 6 个字节之后的剩余总字节数。
num_annotations : 表示注解的个数，因为可以用多个注解修饰同一个类，字段或者方法。
annotations[num_annotations] : 注解表，记录注解详细信息，类型是 annotation 。

5.1.2 `annotation`

annotation 的格式如下：

annotation {
   u2 type_index;
   u2 num_element_value_pairs;
   {   u2   element_name_index;
       element_value value;
   } element_value_pairs[num_element_value_pairs];
}

分为三部分：

type_index : 对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，就是这个注解的全限定名称。
num_element_value_pairs : 表示这个注解中键值对的个数。
element_value_pairs[num_element_value_pairs] : 键值对表，记录注解键值对的详细信息，它包含两项内容：
- element_name_index : 对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，就是键值对中键的名称。
- value : 表示键值对中值的数据，类型是 element_value。

5.1.3 `element_value`

element_value 的格式如下：

element_value {
     u1 tag;
     union {
         u2 const_value_index;

         { 
            u2 type_name_index;
            u2 const_name_index;
         } enum_const_value;

         u2 class_info_index;

         annotation annotation_value;

         {  
             u2 num_values;
             element_value values[num_values];
         } array_value;
     } value;
}

它就分为两个部分，tag 表示这个键值的类型；value 表示这个键值的数据。

tag	Type	value	Constant Type
B	byte	const_value_index	CONSTANT_Integer
C	char	const_value_index	CONSTANT_Integer
D	double	const_value_index	CONSTANT_Double
F	float	const_value_index	CONSTANT_Float
I	int	const_value_index	CONSTANT_Integer
J	long	const_value_index	CONSTANT_Long
S	short	const_value_index	CONSTANT_Integer
Z	boolean	const_value_index	CONSTANT_Integer
s	String	const_value_index	CONSTANT_Utf8
e	Enum	enum_const_value
c	Class	class_info_index
@	Annotation	annotation_value
[	Array	array_value

value 会根据tag 值来选择类型，一共有五种类型：

const_value_index : 常量类型值。

常量池中的一个消息消息索引，支持的类型有byte,char,double,float,int,long,short,boolean和 String 这九种常量。
enum_const_value : 枚举类型值，包含两个数据：
- type_name_index : 对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，就是这个枚举的全限定名称。
- const_name_index : 对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，这个枚举的值。
class_info_index : Class 类型值。

对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，就是这个 class 全限定名称。
annotation_value : 注解类型值。

它类型就是 annotation，也就是说注解的键值可以是另一个注解。
array_value : 数组类型值，包含两个数据：
- num_values : 表示数组的长度。
- values[num_values] : 表叔数组中值的数据，它的类型是 element_value 。

5.1.4 例子

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.TYPE, ElementType.PARAMETER})
@interface TA {
}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.TYPE, ElementType.PARAMETER})
@interface TA1 {
    int age() default 10;
    String name() default "zhang";
}

enum State {
    START, END, STOP, RUNNING
}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.TYPE})
@interface TA2 {
    int age();
    String name();
    State state() default State.START;
    long[] ages();
    Class<String> str();
    TA ta();
    TA1 ta1();
}

public class T {
    @TA
    private int field1;
    @TA1(age = 100, name = "111")
    private int field2;
    @TA2(age = 1000, name = "222", state = State.END,
            ages = 1234, str = String.class, ta = @TA, ta1 = @TA1)
    private int field3;
}

对应的字节码:

Classfile /Users/zhangxinhao/work/java/test/example/jvm/build/classes/java/main/com/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/T.class
  Last modified 2021-12-7; size 753 bytes
  MD5 checksum ada09cda423cba3f8c6efd806672822a
  Compiled from "T.java"
public class com.zhang.jvm.reflect.annotation._1.T
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#37         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #38            // com/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/T
   #3 = Class              #39            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               field1
   #5 = Utf8               I
   #6 = Utf8               RuntimeVisibleAnnotations
   #7 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA;
   #8 = Utf8               field2
   #9 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA1;
  #10 = Utf8               age
  #11 = Integer            100
  #12 = Utf8               name
  #13 = Utf8               111
  #14 = Utf8               field3
  #15 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA2;
  #16 = Integer            1000
  #17 = Utf8               222
  #18 = Utf8               state
  #19 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/State;
  #20 = Utf8               END
  #21 = Utf8               ages
  #22 = Long               1234l
  #24 = Utf8               str
  #25 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #26 = Utf8               ta
  #27 = Utf8               ta1
  #28 = Utf8               <init>
  #29 = Utf8               ()V
  #30 = Utf8               Code
  #31 = Utf8               LineNumberTable
  #32 = Utf8               LocalVariableTable
  #33 = Utf8               this
  #34 = Utf8               Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/T;
  #35 = Utf8               SourceFile
  #36 = Utf8               T.java
  #37 = NameAndType        #28:#29        // "<init>":()V
  #38 = Utf8               com/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/T
  #39 = Utf8               java/lang/Object
{
  private int field1;
    descriptor: I
    flags: ACC_PRIVATE
    RuntimeVisibleAnnotations:
      0: #7()

  private int field2;
    descriptor: I
    flags: ACC_PRIVATE
    RuntimeVisibleAnnotations:
      0: #9(#10=I#11,#12=s#13)

  private int field3;
    descriptor: I
    flags: ACC_PRIVATE
    RuntimeVisibleAnnotations:
      0: #15(#10=I#16,#12=s#17,#18=e#19.#20,#21=[J#22],#24=c#25,#26=@#7(),#27=@#9())

  public com.zhang.jvm.reflect.annotation._1.T();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 40: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/T;
}
SourceFile: "T.java"

从字节码中可以看出：

字段 field1 的注解信息 0: #7()

里面一个注解信息，只有注解的全限定名称 Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA; , 没有注解的键值对。
字段 field2 的注解信息 0: #9(#10=I#11,#12=s#13)
- 里面一个注解信息，包含注解的全限定名称 Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA1;
- 还有两个键值对信息：age=100 和 name="111"。
字段 field3 的注解信息 0: #15(#10=I#16,#12=s#17,#18=e#19.#20,#21=[J#22],#24=c#25,#26=@#7(),#27=@#9())
里面一个注解信息，包含注解的全限定名称 Lcom/zhang/jvm/reflect/annotation/_1/TA2;，还有七个键值对：
- #10=I#16 就是 age=1000。
- #12=s#17 就是 name ="222"。
- #18=e#19.#20 就是 state=State.END。
- #21=[J#22] 就是 ages=[1234]。
- #24=c#25 就是 str=Ljava/lang/String;。
- #26=@#7() 就是 ta=@TA。
- #27=@#9() 就是 ta1=@TA1。

5.2 `RuntimeVisibleParameterAnnotations` 和 `RuntimeInvisibleParameterAnnotations`

表示方法参数的注解，那么只能出现在method_info 的属性表attributes 中。

RuntimeVisibleParameterAnnotations_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u1 num_parameters;
   {   u2   num_annotations;
       annotation   annotations[num_annotations];
   } parameter_annotations[num_parameters];
}

RuntimeInvisibleParameterAnnotations_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   u1 num_parameters;
   {   u2   num_annotations;
       annotation   annotations[num_annotations];
   } parameter_annotations[num_parameters];
}

这是一个变长属性，分别是:

attribute_name_index : 属性名对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，值就是 RuntimeVisibleParameterAnnotations或者RuntimeInvisibleParameterAnnotations。
attribute_length : 表示当前这个属性去除 attribute_name_index 和 attribute_length 这 6 个字节之后的剩余总字节数。
num_parameters : 表示方法参数使用注解的个数。
parameter_annotations[num_parameters] : 方法参数注解的详细信息，它的值类型可以包含多个注解，因为一个方法参数上可以使用多个注解。
- num_annotations : 表示一个方法参数上注解的个数。
- annotations[num_annotations] : 表示一个方法参数的注解表。

5.3 `AnnotationDefault`

表示注解方法的默认值信息，所以它也只能出现在method_info 的属性表attributes 中。

AnnotationDefault_attribute {
   u2 attribute_name_index;
   u4 attribute_length;
   element_value default_value;
}

attribute_name_index : 属性名对应的常量池中 CONSTANT_Utf8_info 类型常量的有效索引，值就是 AnnotationDefault。
attribute_length : 表示当前这个属性去除 attribute_name_index 和 attribute_length 这 6 个字节之后的剩余总字节数。
default_value : 注解方法返回的默认值，类型就是 element_value。

例子

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.TYPE, ElementType.PARAMETER})
public @interface TA {

    int age();
    String name();

    int age1() default 10;

}

对应的字节码:

Classfile /Users/zhangxinhao/work/java/test/example/jvm/build/classes/java/main/com/zhang/jvm/reflect/annotation/_2/TA.class
  Last modified 2021-12-7; size 542 bytes
  MD5 checksum d06d22fdb1fc91c86e08a80d12a75fb6
  Compiled from "TA.java"
public interface com.zhang.jvm.reflect.annotation._2.TA extends java.lang.annotation.Annotation
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_INTERFACE, ACC_ABSTRACT, ACC_ANNOTATION
Constant pool:
   #1 = Class              #24            // com/zhang/jvm/reflect/annotation/_2/TA
   #2 = Class              #25            // java/lang/Object
   #3 = Class              #26            // java/lang/annotation/Annotation
   #4 = Utf8               age
   #5 = Utf8               ()I
   #6 = Utf8               name
   #7 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
   #8 = Utf8               age1
   #9 = Utf8               AnnotationDefault
  #10 = Integer            10
  #11 = Utf8               SourceFile
  #12 = Utf8               TA.java
  #13 = Utf8               RuntimeVisibleAnnotations
  #14 = Utf8               Ljava/lang/annotation/Retention;
  #15 = Utf8               value
  #16 = Utf8               Ljava/lang/annotation/RetentionPolicy;
  #17 = Utf8               RUNTIME
  #18 = Utf8               Ljava/lang/annotation/Target;
  #19 = Utf8               Ljava/lang/annotation/ElementType;
  #20 = Utf8               METHOD
  #21 = Utf8               FIELD
  #22 = Utf8               TYPE
  #23 = Utf8               PARAMETER
  #24 = Utf8               com/zhang/jvm/reflect/annotation/_2/TA
  #25 = Utf8               java/lang/Object
  #26 = Utf8               java/lang/annotation/Annotation
{
  public abstract int age();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT

  public abstract java.lang.String name();
    descriptor: ()Ljava/lang/String;
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT

  public abstract int age1();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT
    AnnotationDefault:
      default_value: I#10}
SourceFile: "TA.java"
RuntimeVisibleAnnotations:
  0: #14(#15=e#16.#17)
  1: #18(#15=[e#19.#20,e#19.#21,e#19.#22,e#19.#23])

可以看出带默认返回值的方法 age1 就有 AnnotationDefault 属性，值就是 10 。

JVM_字节码的属性

一. 简单属性

1.1 ConstantValue

1.2 InnerClasses

1.3 EnclosingMethod

1.4 Synthetic

1.5 MethodParameters

1.6 SourceFile

1.7 SourceDebugExtension

1.8 LineNumberTable

1.9 LocalVariableTable

1.10 LocalVariableTypeTable

1.11 Deprecated

二. 方法相关

2.1 Code

2.2 Exceptions

2.3 StackMapTable

2.3.1 stack_map_frame

2.3.2 stack_map_frame 那个格式作用

2.3.3 例子

三. BootstrapMethods

四. Signature

4.1 类型签名

4.1.1 JavaTypeSignature

4.1.2 BaseType

4.1.3 ReferenceTypeSignature

4.1.4 ClassTypeSignature

4.1.5 PackageSpecifier

4.1.6 SimpleClassTypeSignature

4.1.7 TypeArguments

4.1.8 TypeArgument

4.1.9 WildcardIndicator

4.1.10 ClassTypeSignatureSuffix

4.1.11 TypeVariableSignature

4.1.12 ArrayTypeSignature

4.2 类签名

4.2.1 ClassSignature

4.2.2 TypeParameters

4.2.3 TypeParameter

4.2.4 ClassBound

4.2.5 InterfaceBound

4.2.6 SuperclassSignature

4.2.7 SuperinterfaceSignature

4.3 方法签名

4.3.1 MethodSignature

4.3.2 Result

4.3.3 ThrowsSignature

4.3.4 VoidDescriptor

4.3.5 例子

4.4 字段签名

五. 注解

5.1 RuntimeVisibleAnnotations 和 RuntimeInvisibleAnnotations

5.1.1 RuntimeVisibleAnnotations_attribute

5.1.2 annotation

5.1.3 element_value

5.1.4 例子

5.2 RuntimeVisibleParameterAnnotations 和 RuntimeInvisibleParameterAnnotations

5.3 AnnotationDefault

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1.1 `ConstantValue`

1.2 `InnerClasses`

1.3 `EnclosingMethod`

1.4 `Synthetic`

1.5 `MethodParameters`

1.6 `SourceFile`

1.7 `SourceDebugExtension`

1.8 `LineNumberTable`

1.9 `LocalVariableTable`

1.10 `LocalVariableTypeTable`

1.11 `Deprecated`

2.1 `Code`

2.2 `Exceptions`

2.3 `StackMapTable`

2.3.1 `stack_map_frame`

2.3.2 `stack_map_frame` 那个格式作用

三. `BootstrapMethods`

四. `Signature`

4.1.1 `JavaTypeSignature`

4.1.2 `BaseType`

4.1.3 `ReferenceTypeSignature`

4.1.4 `ClassTypeSignature`

4.1.5 `PackageSpecifier`

4.1.6 `SimpleClassTypeSignature`

4.1.7 `TypeArguments`

4.1.8 `TypeArgument`

4.1.9 `WildcardIndicator`

4.1.10 `ClassTypeSignatureSuffix`

4.1.11 `TypeVariableSignature`

4.1.12 `ArrayTypeSignature`

4.2.1 `ClassSignature`

4.2.2 `TypeParameters`

4.2.3 `TypeParameter`

4.2.4 `ClassBound`

4.2.5 `InterfaceBound`

4.2.6 `SuperclassSignature`

4.2.7 `SuperinterfaceSignature`

4.3.1 `MethodSignature`

4.3.2 `Result`

4.3.3 `ThrowsSignature`

4.3.4 `VoidDescriptor`

5.1 `RuntimeVisibleAnnotations` 和 `RuntimeInvisibleAnnotations`

5.1.1 `RuntimeVisibleAnnotations_attribute`

5.1.2 `annotation`

5.1.3 `element_value`

5.2 `RuntimeVisibleParameterAnnotations` 和 `RuntimeInvisibleParameterAnnotations`

5.3 `AnnotationDefault`