6.3.7 属性表集合 属性表（attribute_info）在前面的讲解之中已经出现过数次，Class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合，以描述某些场景专有的信息。
与Class文件中其他的数据项目要求严格的顺序、长度和内容不同，属性表集合的限制稍微宽松一些，不再要求各个属性表具有严格顺序，并且《Java虚拟机规范》允许只要不与已有属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信息，Java虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性。为了能正确解析Class文件，《Java虚拟机规范》最初只预定义了9项所有Java虚拟机实现都应当能识别的属性，而在最新的《Java虚拟机规范》的Java SE 12版本中，预定义属性已经增加到29项， 这些属性具体见表6-13。后文中将对这些属性中的关键的、常用的部分进行讲解。
表6-13 虚拟机规范预定义的属性
对于每一个属性，它的名称都要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量来表示， 而属性值的结构则是完全自定义的，只需要通过一个u4的长度属性去说明属性值所占用的位数即可。 一个符合规则的属性表应该满足表6-14中所定义的结构。
表6-14 属性表结构
1.Code属性 Java程序方法体里面的代码经过Javac编译器处理之后，最终变为字节码指令存储在Code属性内。 Code属性出现在方法表的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，譬如接口或者抽象类中的方法就不存在Code属性，如果方法表有Code属性存在，那么它的结构将如表6-15所示。
表6-15 Code属性表的结构
attribute_name_index是一项指向CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，此常量值固定为“Code”，它代表了该属性的属性名称，attribute_length指示了属性值的长度，由于属性名称索引与属性长度一共为6个字节，所以属性值的长度固定为整个属性表长度减去6个字节。
max_stack代表了操作数栈（Operand Stack）深度的最大值。在方法执行的任意时刻，操作数栈都不会超过这个深度。虚拟机运行的时候需要根据这个值来分配栈帧（Stack Frame）中的操作栈深度。
max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。在这里，max_locals的单位是变量槽（Slot），变量槽是虚拟机为局部变量分配内存所使用的最小单位。对于byte、char、float、int、short、boolean和returnAddress等长度不超过32位的数据类型，每个局部变量占用一个变量槽，而double和long这两种64 位的数据类型则需要两个变量槽来存放。方法参数（包括实例方法中的隐藏参数“this”）、显式异常处理程序的参数（Exception Handler Parameter，就是try-catch语句中catch块中所定义的异常）、方法体中定义的局部变量都需要依赖局部变量表来存放。注意，并不是在方法中用了多少个局部变量，就把这些局部变量所占变量槽数量之和作为max_locals的值，操作数栈和局部变量表直接决定一个该方法的栈帧所耗费的内存，不必要的操作数栈深度和变量槽数量会造成内存的浪费。Java虚拟机的做法是将局部变量表中的变量槽进行重用，当代码执行超出一个局部变量的作用域时，这个局部变量所占的变量槽可以被其他局部变量所使用，Javac编译器会根据变量的作用域来分配变量槽给各个变量使用，根据同时生存的最大局部变量数量和类型计算出max_locals的大小。
code_length和code用来存储Java源程序编译后生成的字节码指令。code_length代表字节码长度， code是用于存储字节码指令的一系列字节流。既然叫字节码指令，那顾名思义每个指令就是一个u1类型的单字节，当虚拟机读取到code中的一个字节码时，就可以对应找出这个字节码代表的是什么指令，并且可以知道这条指令后面是否需要跟随参数，以及后续的参数应当如何解析。我们知道一个u1 数据类型的取值范围为0x00～0xFF，对应十进制的0～255，也就是一共可以表达256条指令。目前， 《Java虚拟机规范》已经定义了其中约200条编码值对应的指令含义，编码与指令之间的对应关系可查阅本书的附录C“虚拟机字节码指令表”。
关于code_length，有一件值得注意的事情，虽然它是一个u4类型的长度值，理论上最大值可以达到2的32次幂，但是《Java虚拟机规范》中明确限制了一个方法不允许超过65535条字节码指令，即它实际只使用了u2的长度，如果超过这个限制，Javac编译器就会拒绝编译。一般来讲，编写Java代码时只要不是刻意去编写一个超级长的方法来为难编译器，是不太可能超过这个最大值的限制的。但是， 某些特殊情况，例如在编译一个很复杂的JSP文件时，某些JSP编译器会把JSP内容和页面输出的信息归并于一个方法之中，就有可能因为方法生成字节码超长的原因而导致编译失败。
Code属性是Class文件中最重要的一个属性，如果把一个Java程序中的信息分为代码（Code，方法体里面的Java代码）和元数据（Metadata，包括类、字段、方法定义及其他信息）两部分，那么在整个Class文件里，Code属性用于描述代码，所有的其他数据项目都用于描述元数据。了解Code属性是学习后面两章关于字节码执行引擎内容的必要基础，能直接阅读字节码也是工作中分析Java代码语义问题的必要工具和基本技能，为此，笔者准备了一个比较详细的实例来讲解虚拟机是如何使用这个属性的。
继续以代码清单6-1的TestClass.class文件为例，如图6-10所示，这是上一节分析过的实例构造器“()”方法的Code属性。它的操作数栈的最大深度和本地变量表的容量都为0x0001，字节码区域所占空间的长度为0x0005。虚拟机读取到字节码区域的长度后，按照顺序依次读入紧随的5个字节，并根据字节码指令表翻译出所对应的字节码指令。翻译“2A B7000A B1”的过程为：
1）读入2A，查表得0x2A对应的指令为aload_0，这个指令的含义是将第0个变量槽中为reference类型的本地变量推送到操作数栈顶。
2）读入B7，查表得0xB7对应的指令为invokespecial，这条指令的作用是以栈顶的reference类型的数据所指向的对象作为方法接收者，调用此对象的实例构造器方法、private方法或者它的父类的方法。这个方法有一个u2类型的参数说明具体调用哪一个方法，它指向常量池中的一个CONSTANT_Methodref_info类型常量，即此方法的符号引用。
3）读入000A，这是invokespecial指令的参数，代表一个符号引用，查常量池得0x000A对应的常量为实例构造器“()”方法的符号引用。
4）读入B1，查表得0xB1对应的指令为return，含义是从方法的返回，并且返回值为void。这条指令执行后，当前方法正常结束。
图6-10 Code属性结构实例
这段字节码虽然很短，但我们可以从中看出它执行过程中的数据交换、方法调用等操作都是基于栈（操作数栈）的。我们可以初步猜测，Java虚拟机执行字节码应该是基于栈的体系结构。但又发现与通常基于栈的指令集里都是无参数的又不太一样，某些指令（如invokespecial）后面还会带有参数， 关于虚拟机字节码执行的讲解是后面两章的话题，我们不妨把这里的疑问放到第8章去解决。
我们再次使用javap命令把此Class文件中的另一个方法的字节码指令也计算出来，结果如代码清单6-4所示。
代码清单6-4 用Javap命令计算字节码指令
1 2 3 4 5 6 7 public class TestClass { private int m; public int inc () { return m + 1 ; } }
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 C:\>javap -verbose TestClass // 常量表部分的输出见代码清单6-1，因版面原因这里省略掉 { public org.fenixsoft.clazz.TestClass(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #10; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 3: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lorg/fenixsoft/clazz/TestClass; public int inc(); Code: Stack=2, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #18; //Field m:I 4: iconst_1 5: iadd 6: ireturn LineNumberTable: line 8: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 7 0 this Lorg/fenixsoft/clazz/TestClass; }
如果大家注意到javap中输出的“Args_size”的值，可能还会有疑问：这个类有两个方法——实例构造器()和inc()，这两个方法很明显都是没有参数的，为什么Args_size会为1？而且无论是在参数列表里还是方法体内，都没有定义任何局部变量，那Locals又为什么会等于1？如果有这样疑问的读者， 大概是忽略了一条Java语言里面的潜规则：在任何实例方法里面，都可以通过“this”关键字访问到此方法所属的对象。这个访问机制对Java程序的编写很重要，而它的实现非常简单，仅仅是通过在Javac编译器编译的时候把对this关键字的访问转变为对一个普通方法参数的访问，然后在虚拟机调用实例方法时自动传入此参数而已。因此在实例方法的局部变量表中至少会存在一个指向当前对象实例的局部变量，局部变量表中也会预留出第一个变量槽位来存放对象实例的引用，所以实例方法参数值从1开始计算。这个处理只对实例方法有效，如果代码清单6-1中的inc()方法被声明为static，那Args_size就不会等于1而是等于0了。
在字节码指令之后的是这个方法的显式异常处理表（下文简称“异常表”）集合，异常表对于Code 属性来说并不是必须存在的，如代码清单6-4中就没有异常表生成。
如果存在异常表，那它的格式应如表6-16所示，包含四个字段，这些字段的含义为：如果当字节码从第start_pc行[^1]到第end_pc行之间（不含第end_pc行）出现了类型为catch_type或者其子类的异常 （catch_type为指向一个CONSTANT_Class_info型常量的索引），则转到第handler_pc行继续处理。当catch_type的值为0时，代表任意异常情况都需要转到handler_pc处进行处理。
表6-16 属性表结构
异常表实际上是Java代码的一部分，尽管字节码中有最初为处理异常而设计的跳转指令，但《Java 虚拟机规范》中明确要求Java语言的编译器应当选择使用异常表而不是通过跳转指令来实现Java异常及finally处理机制[^2]。
代码清单6-5是一段演示异常表如何运作的例子，这段代码主要演示了在字节码层面try-catch- finally是如何体现的。阅读字节码之前，大家不妨先看看下面的Java源码，想一下这段代码的返回值在出现异常和不出现异常的情况下分别应该是多少？
代码清单6-5 异常表运作演示
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 public int inc () { int x; try { x = 1 ; return x; } catch (Exception e) { x = 2 ; return x; } finally { x = 3 ; } }
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 // 编译后的ByteCode字节码及异常表 public int inc(); Code: Stack=1, Locals=5, Args_size=1 0: iconst_1 // try块中的x=1 1: istore_1 2: iload_1 // 保存x到returnValue中，此时x=1 3: istore 4 5: iconst_3 // finaly块中的x=3 6: istore_1 7: iload 4 // 将returnValue中的值放到栈顶，准备给ireturn返回 9: ireturn 10: astore_2 // 给catch中定义的Exception e赋值，存储在变量槽 2中 11: iconst_2 // catch块中的x=2 12: istore_1 13: iload_1 // 保存x到returnValue中，此时x=2 14: istore 4 16: iconst_3 // finaly块中的x=3 17: istore_1 18: iload 4 // 将returnValue中的值放到栈顶，准备给ireturn返回 20: ireturn 21: astore_3 // 如果出现了不属于java.lang.Exception及其子类的异常才会走到这里 22: iconst_3 // finaly块中的x=3 23: istore_1 24: aload_3 // 将异常放置到栈顶，并抛出 25: athrow Exception table: from to target type 0 5 10 Class java/lang/Exception 0 5 21 any 10 16 21 any
编译器为这段Java源码生成了三条异常表记录，对应三条可能出现的代码执行路径。从Java代码的 语义上讲，这三条执行路径分别为：
如果try语句块中出现属于Exception或其子类的异常，转到catch语句块处理；
如果try语句块中出现不属于Exception或其子类的异常，转到finally语句块处理；
如果catch语句块中出现任何异常，转到finally语句块处理。
返回到我们上面提出的问题，这段代码的返回值应该是多少？熟悉Java语言的读者应该很容易说出答案：如果没有出现异常，返回值是1；如果出现了Exception异常，返回值是2；如果出现了Exception以外的异常，方法非正常退出，没有返回值。我们一起来分析一下字节码的执行过程，从字节码的层面上看看为何会有这样的返回结果。
字节码中第0～4行所做的操作就是将整数1赋值给变量x，并且将此时x的值复制一份副本到最后一个本地变量表的变量槽中（这个变量槽里面的值在ireturn指令执行前将会被重新读到操作栈顶，作为方法返回值使用。为了讲解方便，笔者给这个变量槽起个名字：returnValue）。如果这时候没有出现异常，则会继续走到第5～9行，将变量x赋值为3，然后将之前保存在returnValue中的整数1读入到操作栈顶，最后ireturn指令会以int形式返回操作栈顶中的值，方法结束。如果出现了异常，PC寄存器指针转到第10行，第10～20行所做的事情是将2赋值给变量x，然后将变量x此时的值赋给returnValue，最后再将变量x的值改为3。方法返回前同样将returnValue中保留的整数2读到了操作栈顶。从第21行开始的代码，作用是将变量x的值赋为3，并将栈顶的异常抛出，方法结束。
尽管大家都知道这段代码出现异常的概率非常之小，但是并不影响它为我们演示异常表的作用。 如果大家到这里仍然对字节码的运作过程比较模糊，其实也不要紧，关于虚拟机执行字节码的过程， 本书第8章中将会有更详细的讲解。
2.Exceptions属性
此属性中的number_of_exceptions项表示方法可能抛出number_of_exceptions种受查异常，每一种受查异常使用一个exception_index_table项表示；exception_index_table是一个指向常量池中CONSTANT_Class_info型常量的索引，代表了该受查异常的类型。
3.LineNumberTable属性 LineNumberTable属性用于描述Java源码行号与字节码行号（字节码的偏移量）之间的对应关系。 它并不是运行时必需的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以在Javac中使用-g：none或-g：lines 选项来取消或要求生成这项信息。如果选择不生成LineNumberTable属性，对程序运行产生的最主要影响就是当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错的行号，并且在调试程序的时候，也无法按照源码行来设置断点。LineNumberTable属性的结构如表6-18所示。
表6-18 LineNumberTable属性结构
line_number_table是一个数量为line_number_table_length、类型为line_number_info的集合， line_number_info表包含start_pc和line_number两个u2类型的数据项，前者是字节码行号，后者是Java源码行号。
4.LocalVariableTable及LocalVariableTypeTable属性 LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表的变量与Java源码中定义的变量之间的关系，它也不是运行时必需的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以在Javac中使用-g：none或-g：vars选项来取消或要求生成这项信息。如果没有生成这项属性，最大的影响就是当其他人引用这个方法时，所有的参数名称都将会丢失，譬如IDE将会使用诸如arg0、arg1之类的占位符代替原有的参数名，这对程序运行没有影响，但是会对代码编写带来较大不便，而且在调试期间无法根据参数名称从上下文中获得参数值。LocalVariableTable属性的结构如表6-19所示。
表6-19 LocalVariableTable属性结构
其中local_variable_info项目代表了一个栈帧与源码中的局部变量的关联，结构如表6-20所示。
表6-20 local_variable_info项目结构
start_pc和length属性分别代表了这个局部变量的生命周期开始的字节码偏移量及其作用范围覆盖的长度，两者结合起来就是这个局部变量在字节码之中的作用域范围。
name_index和descriptor_index都是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，分别代表了局部变量的名称以及这个局部变量的描述符。
index是这个局部变量在栈帧的局部变量表中变量槽的位置。当这个变量数据类型是64位类型时 （double和long），它占用的变量槽为index和index+1两个。
顺便提一下，在JDK 5引入泛型之后，LocalVariableTable属性增加了一个“姐妹属性”—— LocalVariableTypeTable。这个新增的属性结构与LocalVariableTable非常相似，仅仅是把记录的字段描述符的descriptor_index替换成了字段的特征签名（Signature）。对于非泛型类型来说，描述符和特征签名能描述的信息是能吻合一致的，但是泛型引入之后，由于描述符中泛型的参数化类型被擦除掉[^3]，描述符就不能准确描述泛型类型了。因此出现了LocalVariableTypeTable属性，使用字段的特征签名来完成泛型的描述。
5.SourceFile及SourceDebugExtension属性 SourceFile属性用于记录生成这个Class文件的源码文件名称。这个属性也是可选的，可以使用Javac 的-g：none或-g：source选项来关闭或要求生成这项信息。在Java中，对于大多数的类来说，类名和文件名是一致的，但是有一些特殊情况（如内部类）例外。如果不生成这项属性，当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错代码所属的文件名。这个属性是一个定长的属性，其结构如表6-21所示。
表6-21 SourceFile属性结构
sourcefile_index数据项是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，常量值是源码文件的文件名。
为了方便在编译器和动态生成的Class中加入供程序员使用的自定义内容，在JDK 5时，新增了SourceDebugExtension属性用于存储额外的代码调试信息。典型的场景是在进行JSP文件调试时，无法通过Java堆栈来定位到JSP文件的行号。JSR 45提案为这些非Java语言编写，却需要编译成字节码并运行在Java虚拟机中的程序提供了一个进行调试的标准机制，使用SourceDebugExtension属性就可以用于存储这个标准所新加入的调试信息，譬如让程序员能够快速从异常堆栈中定位出原始JSP中出现问题的行号。SourceDebugExtension属性的结构如表6-22所示。
表6-22 SourceDebugExtension属性结构
其中debug_extension存储的就是额外的调试信息，是一组通过变长UTF-8格式来表示的字符串。一个类中最多只允许存在一个SourceDebugExtension属性。
6.ConstantValue属性 ConstantValue属性的作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量（类变量）才可以使用这项属性。类似“int x=123”和“static int x=123”这样的变量定义在Java程序里面是非常常见的事情，但虚拟机对这两种变量赋值的方式和时刻都有所不同。对非static类型的变量（也就是实例变量）的赋值是在实例构造器<init>()方法中进行的；而对于类变量，则有两种方式可以选择：在类构造器<clinit>()方法中或者使用ConstantValue属性。目前Oracle公司实现的Javac编译器的选择是，如果同时使用final和static来修饰一个变量（按照习惯，这里称“常量”更贴切），并且这个变量的数据类型是基本类型或者java.lang.String的话，就将会生成ConstantValue属性来进行初始化；如果这个变量没有被final修饰，或者并非基本类型及字符串，则将会选择在<clinit>()方法中进行初始化。
虽然有final关键字才更符合“ConstantValue”的语义，但《Java虚拟机规范》中并没有强制要求字段必须设置ACC_FINAL标志，只要求有ConstantValue属性的字段必须设置ACC_STATIC标志而已，对final关键字的要求是Javac编译器自己加入的限制。而对ConstantValue的属性值只能限于基本类型和String这点，其实并不能算是什么限制，这是理所当然的结果。因为此属性的属性值只是一个常量池的索引号，由于Class文件格式的常量类型中只有与基本属性和字符串相对应的字面量，所以就算ConstantValue属性想支持别的类型也无能为力。ConstantValue属性的结构如表6-23所示。
表6-23 ConstantValue属性结构
从数据结构中可以看出ConstantValue属性是一个定长属性，它的attribute_length数据项值必须固定为2。constantvalue_index数据项代表了常量池中一个字面量常量的引用，根据字段类型的不同，字面量可以是CONSTANT_Long_info、CONSTANT_Float_info、CONSTANT_Double_info、 CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_String_info常量中的一种。
7.InnerClasses属性 InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那编译器将会为它以及它所包含的内部类生成InnerClasses属性。InnerClasses属性的结构如表6-24所示。
表6-24 InnerClasses属性结构
数据项number_of_classes代表需要记录多少个内部类信息，每一个内部类的信息都由一个inner_classes_info表进行描述。inner_classes_info表的结构如表6-25所示。
表6-25 inner_classes_info表的结构
inner_class_info_index和outer_class_info_index都是指向常量池中CONSTANT_Class_info型常量的索引，分别代表了内部类和宿主类的符号引用。
inner_name_index是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，代表这个内部类的名称， 如果是匿名内部类，这项值为0。
inner_class_access_flags是内部类的访问标志，类似于类的access_flags，它的取值范围如表6-26所示。
表6-26 inner_class_access_flags标志
8.Deprecated及Synthetic属性 Deprecated和Synthetic两个属性都属于标志类型的布尔属性，只存在有和没有的区别，没有属性值的概念。
Deprecated属性用于表示某个类、字段或者方法，已经被程序作者定为不再推荐使用，它可以通过代码中使用“@deprecated”注解进行设置。
Synthetic属性代表此字段或者方法并不是由Java源码直接产生的，而是由编译器自行添加的，在JDK 5之后，标识一个类、字段或者方法是编译器自动产生的，也可以设置它们访问标志中的ACC_SYNTHETIC标志位。编译器通过生成一些在源代码中不存在的Synthetic方法、字段甚至是整个类的方式，实现了越权访问（越过private修饰器）或其他绕开了语言限制的功能，这可以算是一种早期优化的技巧，其中最典型的例子就是枚举类中自动生成的枚举元素数组和嵌套类的桥接方法 （Bridge Method）。所有由不属于用户代码产生的类、方法及字段都应当至少设置Synthetic属性或者ACC_SYNTHETIC标志位中的一项，唯一的例外是实例构造器“<init>()”方法和类构造器“<clinit>()”方法。
Deprecated和Synthetic属性的结构非常简单，如表6-27所示。
表6-27 Derecated及Snthetic属性结构
其中attribute_length数据项的值必须为0x00000000，因为没有任何属性值需要设置。
9.StackMapTable属性 StackMapTable属性在JDK 6增加到Class文件规范之中，它是一个相当复杂的变长属性，位于Code 属性的属性表中。这个属性会在虚拟机类加载的字节码验证阶段被新类型检查验证器（Type Checker）使用（详见第7章字节码验证部分），目的在于代替以前比较消耗性能的基于数据流分析的类型推导验证器。
这个类型检查验证器最初来源于Sheng Liang（听名字似乎是虚拟机团队中的华裔成员）实现为Java ME CLDC实现的字节码验证器。新的验证器在同样能保证Class文件合法性的前提下，省略了在运行期通过数据流分析去确认字节码的行为逻辑合法性的步骤，而在编译阶段将一系列的验证类型 （Verification Type）直接记录在Class文件之中，通过检查这些验证类型代替了类型推导过程，从而大幅提升了字节码验证的性能。这个验证器在JDK 6中首次提供，并在JDK 7中强制代替原本基于类型推断的字节码验证器。关于这个验证器的工作原理，《Java虚拟机规范》在Java SE 7版中新增了整整120 页的篇幅来讲解描述，其中使用了庞大而复杂的公式化语言去分析证明新验证方法的严谨性，笔者在此就不展开赘述了。
StackMapTable属性中包含零至多个栈映射帧（Stack Map Frame），每个栈映射帧都显式或隐式地代表了一个字节码偏移量，用于表示执行到该字节码时局部变量表和操作数栈的验证类型。类型检查验证器会通过检查目标方法的局部变量和操作数栈所需要的类型来确定一段字节码指令是否符合逻辑约束。StackMapTable属性的结构如表6-28所示。
表6-28 StackMapTable属性结构
在Java SE 7版之后的《Java虚拟机规范》中，明确规定对于版本号大于或等于50.0的Class文件，如果方法的Code属性中没有附带StackMapTable属性，那就意味着它带有一个隐式的StackMap属性，这个StackMap属性的作用等同于number_of_entries值为0的StackMapTable属性。一个方法的Code属性最多只能有一个StackMapTable属性，否则将抛出ClassFormatError异常。
10.Signature属性 Signature属性在JDK 5增加到Class文件规范之中，它是一个可选的定长属性，可以出现于类、字段表和方法表结构的属性表中。在JDK 5里面大幅增强了Java语言的语法，在此之后，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名如果包含了类型变量（Type Variable）或参数化类型（Parameterized Type），则Signature属性会为它记录泛型签名信息。之所以要专门使用这样一个属性去记录泛型类型，是因为Java语言的泛型采用的是擦除法实现的伪泛型，字节码（Code属性）中所有的泛型信息编译（类型变量、参数化类型）在编译之后都通通被擦除掉。使用擦除法的好处是实现简单（主要修改Javac编译器，虚拟机内部只做了很少的改动）、非常容易实现Backport，运行期也能够节省一些类型所占的内存空间。但坏处是运行期就无法像C#等有真泛型支持的语言那样，将泛型类型与用户定义的普通类型同等对待，例如运行期做反射时无法获得泛型信息。Signature属性就是为了弥补这个缺陷而增设的，现在Java的反射API能够获取的泛型类型，最终的数据来源也是这个属性。关于Java泛型、 Signature属性和类型擦除，在第10章讲编译器优化的时候我们会通过一个更具体的例子来讲解。 Signature属性的结构如表6-29所示。
表6-29 Signature属性结构
其中signature_index项的值必须是一个对常量池的有效索引。常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_Utf8_info结构，表示类签名或方法类型签名或字段类型签名。如果当前的Signature属性是类文件的属性，则这个结构表示类签名，如果当前的Signature属性是方法表的属性，则这个结构表示方法类型签名，如果当前Signature属性是字段表的属性，则这个结构表示字段类型签名。
11.BootstrapMethods属性 BootstrapMethods属性在JDK 7时增加到Class文件规范之中，它是一个复杂的变长属性，位于类文件的属性表中。这个属性用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。
根据《Java虚拟机规范》（从Java SE 7版起）的规定，如果某个类文件结构的常量池中曾经出现过CONSTANT_InvokeDynamic_info类型的常量，那么这个类文件的属性表中必须存在一个明确的BootstrapMethods属性，另外，即使CONSTANT_InvokeDynamic_info类型的常量在常量池中出现过多次，类文件的属性表中最多也只能有一个BootstrapMethods属性。BootstrapMethods属性和JSR-292中的InvokeDynamic指令和java.lang.Invoke包关系非常密切，要介绍这个属性的作用，必须先讲清楚InovkeDynamic指令的运作原理，笔者将在第8章专门花一整节篇幅去介绍它们，在此先暂时略过。
虽然JDK 7中已经提供了InovkeDynamic指令，但这个版本的Javac编译器还暂时无法支持InvokeDynamic指令和生成BootstrapMethods属性，必须通过一些非常规的手段才能使用它们。直到JDK 8中Lambda表达式和接口默认方法的出现，InvokeDynamic指令才算在Java语言生成的Class文件中有了用武之地。BootstrapMethods属性的结构如表6-30所示。
表6-30 BootstrapMethods属性结构
其中引用到的bootstrap_method结构如表6-31所示。
表6-31 bootstrap_method属性结构
BootstrapMethods属性里，num_bootstrap_methods项的值给出了bootstrap_methods[]数组中的引导方法限定符的数量。而bootstrap_methods[]数组的每个成员包含了一个指向常量池CONSTANT_MethodHandle结构的索引值，它代表了一个引导方法。还包含了这个引导方法静态参数的序列（可能为空）。bootstrap_methods[]数组的每个成员必须包含以下三项内容：
bootstrap_method_ref：bootstrap_method_ref项的值必须是一个对常量池的有效索引。常量池在该 索引处的值必须是一个CONSTANT_MethodHandle_info结构。
num_bootstrap_arguments：num_bootstrap_arguments项的值给出了bootstrap_argu-ments[]数组成员 的数量。
bootstrap_arguments[]：bootstrap_arguments[]数组的每个成员必须是一个对常量池的有效索引。 常量池在该索引出必须是下列结构之一：CONSTANT_String_info、CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Integer_info、CONSTANT_Long_info、CONSTANT_Float_info、CONSTANT_Double_info、CONSTANT_MethodHandle_info或CONSTANT_MethodType_info。
12.MethodParameters属性 MethodParameters是在JDK 8时新加入到Class文件格式中的，它是一个用在方法表中的变长属性。 MethodParameters的作用是记录方法的各个形参名称和信息。
最初，基于存储空间的考虑，Class文件默认是不储存方法参数名称的，因为给参数起什么名字对计算机执行程序来说是没有任何区别的，所以只要在源码中妥当命名就可以了。随着Java的流行，这点确实为程序的传播和二次复用带来了诸多不便，由于Class文件中没有参数的名称，如果只有单独的程序包而不附加上JavaDoc的话，在IDE中编辑使用包里面的方法时是无法获得方法调用的智能提示的，这就阻碍了JAR包的传播。后来，“-g：var”就成为了Javac以及许多IDE编译Class时采用的默认值，这样会将方法参数的名称生成到LocalVariableTable属性之中。不过此时问题仍然没有全部解决， LocalVariableTable属性是Code属性的子属性——没有方法体存在，自然就不会有局部变量表，但是对于其他情况，譬如抽象方法和接口方法，是理所当然地可以不存在方法体的，对于方法签名来说，还是没有找到一个统一完整的保留方法参数名称的地方。所以JDK 8中新增的这个属性，使得编译器可以 （编译时加上-parameters参数）将方法名称也写进Class文件中，而且MethodParameters是方法表的属性，与Code属性平级的，可以运行时通过反射API获取。MethodParameters的结构如表6-32所示。
表6-32 MethodParameters属性结构
其中，引用到的parameter结构如表6-33所示。
表6-33 parameter属性结构
0x0010（ACC_FINAL）：表示该参数被final修饰。
0x1000（ACC_SYNTHETIC）：表示该参数并未出现在源文件中，是编译器自动生成的。
0x8000（ACC_MANDATED）：表示该参数是在源文件中隐式定义的。Java语言中的典型场景是 this关键字。
13.模块化相关属性 JDK 9的一个重量级功能是Java的模块化功能，因为模块描述文件（module-info.java）最终是要编译成一个独立的Class文件来存储的，所以，Class文件格式也扩展了Module、ModulePackages和ModuleMainClass三个属性用于支持Java模块化相关功能。
Module属性是一个非常复杂的变长属性，除了表示该模块的名称、版本、标志信息以外，还存储了这个模块requires、exports、opens、uses和provides定义的全部内容，其结构如表6-34所示。
表6-34 Module属性结构
其中，module_name_index是一个指向常量池CONSTANT_Utf8_info常量的索引值，代表了该模块的名称。而module_flags是模块的状态指示器，它可以包含以下三种状态中的一种或多种：
0x0020（ACC_OPEN）：表示该模块是开放的。
0x1000（ACC_SYNTHETIC）：表示该模块并未出现在源文件中，是编译器自动生成的。
0x8000（ACCMANDATED）：表示该模块是在源文件中隐式定义的。
module_version_index是一个指向常量池CONSTANT_Utf8_info常量的索引值，代表了该模块的版本号。
后续的几个属性分别记录了模块的requires、exports、opens、uses和provides定义，由于它们的结构是基本相似的，为了节省版面，笔者仅介绍其中的exports，该属性结构如表6-35所示。
表6-35 exports属性结构
exports属性的每一元素都代表一个被模块所导出的包，exports_index是一个指向常量池CONSTANT_Package_info常量的索引值，代表了被该模块导出的包。exports_flags是该导出包的状态指示器，它可以包含以下两种状态中的一种或多种：
0x1000（ACC_SYNTHETIC）：表示该导出包并未出现在源文件中，是编译器自动生成的。
0x8000（ACC_MANDATED）：表示该导出包是在源文件中隐式定义的。
exports_to_count是该导出包的限定计数器，如果这个计数器为零，这说明该导出包是无限定的 （Unqualified），即完全开放的，任何其他模块都可以访问该包中所有内容。如果该计数器不为零， 则后面的exports_to_index是以计数器值为长度的数组，每个数组元素都是一个指向常量池中 CONSTANT_Module_info常量的索引值，代表着只有在这个数组范围内的模块才被允许访问该导出包 的内容。
ModulePackages是另一个用于支持Java模块化的变长属性，它用于描述该模块中所有的包，不论是不是被export或者open的。该属性的结构如表6-36所示。
表6-36 ModulePackages属性结构
最后一个ModuleMainClass属性是一个定长属性，用于确定该模块的主类（Main Class），其结构如表6-37所示。
表6-37 ModuleMainClass属性结构
其中，main_class_index是一个指向常量池CONSTANT_Class_info常量的索引值，代表了该模块的主类。
14.运行时注解相关属性 早在JDK 5时期，Java语言的语法进行了多项增强，其中之一是提供了对注解（Annotation）的支持。为了存储源码中注解信息，Class文件同步增加了RuntimeVisibleAnnotations、 RuntimeInvisibleAnnotations、RuntimeVisibleParameterAnnotations和RuntimeInvisibleParameter- Annotations四个属性。到了JDK 8时期，进一步加强了Java语言的注解使用范围，又新增类型注解 （JSR 308），所以Class文件中也同步增加了RuntimeVisibleTypeAnnotations和RuntimeInvisibleTypeAnnotations两个属性。由于这六个属性不论结构还是功能都比较雷同，因此我们把它们合并到一起，以RuntimeVisibleAnnotations为代表进行介绍。
RuntimeVisibleAnnotations是一个变长属性，它记录了类、字段或方法的声明上记录运行时可见注解，当我们使用反射API来获取类、字段或方法上的注解时，返回值就是通过这个属性来取到的。 RuntimeVisibleAnnotations属性的结构如表6-38所示。
表6-38 RuntimeVisibleAnnotations属性结构
num_annotations是annotations数组的计数器，annotations中每个元素都代表了一个运行时可见的注解，注解在Class文件中以annotation结构来存储，具体如表6-39所示。
表6-39 annotation属性结构
type_index是一个指向常量池CONSTANT_Utf8_info常量的索引值，该常量应以字段描述符的形式表示一个注解。num_element_value_pairs是element_value_pairs数组的计数器，element_value_pairs中每个元素都是一个键值对，代表该注解的参数和值。
[^1]: 此处字节码的“行”是一种形象的描述，指的是字节码相对于方法体开始的偏移量，而不是Java源码 的行号，下同。
