了解了各個(gè)字節(jié)碼的意義，我們可以構(gòu)建出方法。這篇文章開始不再講具體的字節(jié)碼，而是開始介紹類的結(jié)構(gòu)。今天這篇文章主要講類的成員/屬性和它們?cè)谧止?jié)碼中的寫入表示。

一.類靜態(tài)初始化方法

當(dāng)一個(gè)類被裝載入內(nèi)存，它是沒有靜態(tài)初始化過的。當(dāng)從其他類調(diào)用它內(nèi)部的方法或字段時(shí)，類才會(huì)被靜態(tài)初始化。靜態(tài)初始化只進(jìn)行一次。

靜態(tài)初始化的主要工作是在類加載之后使用之前進(jìn)行類靜態(tài)數(shù)據(jù)的初始化操作。在Java代碼中，它使用static塊聲明，一個(gè)類文件可以有多個(gè)static塊。

在字節(jié)碼中，靜態(tài)初始化會(huì)被寫入成為一個(gè)方法，名稱為<clinit>，是Class Initialization的縮寫。它的描述符要求是()V，不帶有泛型簽名，不拋出異常，訪問標(biāo)志必須含有static。如果<clinit>不滿足這些條件，會(huì)產(chǎn)生下面這些報(bào)錯(cuò)：

和static塊不同，在字節(jié)碼中<clinit>只能存在一個(gè)。多個(gè)static塊合成一個(gè)<clinit>會(huì)按照static塊的順序一塊一塊進(jìn)行拼接，同時(shí)局部變量也會(huì)進(jìn)行拼接。例如下方的代碼：

在字節(jié)碼中會(huì)進(jìn)行拼接，翻譯后變成這樣：

二.構(gòu)造函數(shù)

創(chuàng)建某個(gè)類的對(duì)象必然會(huì)調(diào)用某一個(gè)具體的構(gòu)造函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)的意義就是對(duì)類對(duì)象內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。

在字節(jié)碼中，構(gòu)造函數(shù)的名稱是<init>而非類名。它要求返回值是void（V），訪問標(biāo)志只包含訪問權(quán)限標(biāo)志（public/protected/private），對(duì)于參數(shù)列表和異常列表不加限制。如果不滿足上面的條件，JVM在加載階段會(huì)拋出下面的異常：

構(gòu)造函數(shù)的另一項(xiàng)限制在它的內(nèi)部。構(gòu)造函數(shù)必須調(diào)用它父類的構(gòu)造函數(shù)或本類的另一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，否則會(huì)在驗(yàn)證時(shí)拋出java.lang.VerifyError: Constructor must call super() or this() before return。

每個(gè)類都要含有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。如果源碼中沒有構(gòu)造函數(shù)，那么編譯時(shí)會(huì)自動(dòng)添加默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，它的Java源碼和字節(jié)碼寫入如下：

【注意：這里的代碼不適用于非靜態(tài)內(nèi)部類，下文會(huì)詳細(xì)介紹】

三.類靜態(tài)字段的初始化

類中的靜態(tài)字段不和類對(duì)象綁定而和類綁定，因此它們必須在靜態(tài)初始化時(shí)被初始化；而類中的實(shí)例字段和對(duì)象綁定，需要在對(duì)象構(gòu)造時(shí)被初始化。

• 如果初始化語句是一個(gè)常量字面值且字段是靜態(tài)字段，如字符串、數(shù)字、null或XXXX.class，它們的初始化字節(jié)碼應(yīng)該直接使用visitField的value參數(shù)將初始值傳入。

• 如果初始化語句不是常量字面值或不是靜態(tài)字段，如調(diào)用方法語句、對(duì)象創(chuàng)建、數(shù)組創(chuàng)建等，它們的初始化字節(jié)碼應(yīng)該在<clinit>或<init>方法內(nèi)。
  

根據(jù)這個(gè)規(guī)則，我們可以推斷出一段靜態(tài)字段初始化的代碼的具體實(shí)現(xiàn)：

在寫入字節(jié)碼時(shí)，Java代碼應(yīng)該是這樣的：

寫入字節(jié)碼的代碼：

在字節(jié)碼中，靜態(tài)初始化方法內(nèi)可以對(duì)一個(gè)靜態(tài)常量字段進(jìn)行多次賦值，并且JVM不報(bào)錯(cuò)。如果在靜態(tài)初始化中不存在初始化某個(gè)靜態(tài)字段的代碼，那么它們就會(huì)使用默認(rèn)值，也就是visitField中value參數(shù)決定的值。

實(shí)例字段的初始化類似于靜態(tài)初始化，只是它們?cè)跇?gòu)造函數(shù)內(nèi)寫入。

四. 橋接方法

在介紹橋接方法（Bridge Method）之前，先來簡(jiǎn)單介紹重寫（Override）。

重寫就是子類將父類的某個(gè)方法進(jìn)行覆蓋，進(jìn)而實(shí)際執(zhí)行時(shí)會(huì)執(zhí)行子類方法而不是父類的。重寫需要滿足：

• 名稱相同：父類的方法名稱必須與子類的方法名稱相同。

• 參數(shù)列表對(duì)應(yīng)：父類的方法參數(shù)列表應(yīng)該與子類一一對(duì)應(yīng)，這一點(diǎn)適用于泛型，也就是子類確定的類型參數(shù)應(yīng)該在重寫方法中帶入類型參數(shù)確定的類型。

• 異常列表不增添：子類的復(fù)寫方法不能出現(xiàn)父類沒有聲明拋出的異常。

• 訪問權(quán)限不縮小：子類的復(fù)寫方法的可見性不能低于父類方法可見性，如父類的訪問可見性為public，那么子類也必須聲明為public。

下面是具體的例子，下方的重寫案例都是正常能通過編譯的：

之前我們說到，泛型的實(shí)現(xiàn)是所謂的泛型擦除，也就是類型參數(shù)會(huì)被擦除到其限定的父類上。現(xiàn)在來看看test2這個(gè)方法，在父類和子類中，它們的方法描述符和泛型簽名是不一樣的：

雖然描述符不同，但是在邏輯上已經(jīng)達(dá)成了重寫條件，應(yīng)該當(dāng)作重寫處理。但是，因?yàn)榉椒枋龇煌瑢?shí)際調(diào)用時(shí)JVM是找不到這個(gè)方法的：invokevirtual字節(jié)碼只會(huì)尋找名稱相同且方法描述符相同的方法。因此，橋接方法出現(xiàn)用于解決這個(gè)問題。它的代碼意義就是將確定的類型參數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，將父類泛型化的參數(shù)傳入具體化的子類復(fù)寫方法中。

例如test2，編譯器給出的橋接方法就像下面這樣：

橋接方法僅出現(xiàn)在父類方法和子類重寫方法擦除后的方法描述符不一致時(shí)，如下方的例子：

橋接方法擁有下面的特性：

• 名稱與方法描述符相同：為了invokevirtual字節(jié)碼能成功定位到這個(gè)重寫方法，橋接方法必須和父類的目標(biāo)方法名稱和描述符一致。

• 訪問標(biāo)志帶有ACC_SYNTHETIC和ACC_BRIDGE標(biāo)志。

• 訪問權(quán)限和子類重寫方法相同。

• 異常列表和父類方法相同。

接下來我們要使用字節(jié)碼實(shí)現(xiàn)BaseClass：

字節(jié)碼：

五.內(nèi)部類

類的內(nèi)部成員除了字段和方法外，還有內(nèi)部類。內(nèi)部類分為兩種：

• 靜態(tài)內(nèi)部類：使用static修飾的內(nèi)部類。內(nèi)部接口、內(nèi)部枚舉默認(rèn)帶有static訪問標(biāo)志，因此它們也屬于靜態(tài)內(nèi)部類。

• 非靜態(tài)內(nèi)部類：不使用static修飾的內(nèi)部類。

內(nèi)部類的字節(jié)碼數(shù)據(jù)不應(yīng)該在外部類中的類文件數(shù)據(jù)中出現(xiàn)，應(yīng)該獨(dú)立于外部類。命名方式為"外部類名稱$內(nèi)部類名稱"；如果內(nèi)部類是局部?jī)?nèi)部類，在內(nèi)部類名稱前還需要加上編號(hào)；如果內(nèi)部類是一個(gè)匿名內(nèi)部類，應(yīng)該使用編號(hào)代替。

雖然內(nèi)部類不需要寫在外部類文件里面，但是外部類文件還是要聲明它的。聲明使用ClassWriter的visitInnerClass方法，它的每個(gè)參數(shù)的意義如下：

• name - 內(nèi)部類的全限定名。例如test.Test下的內(nèi)部類Inner這項(xiàng)值就是"test/Test$Inner"。

• outerName - 外部類的全限定名，如果內(nèi)部類是匿名內(nèi)部類或局部?jī)?nèi)部類，這項(xiàng)是null。

• innerName - 內(nèi)部類的名稱，如果內(nèi)部類是匿名內(nèi)部類，這項(xiàng)是null。

• access - 內(nèi)部類的訪問標(biāo)志。
  

最外層外部類需要寫出它內(nèi)部所有的類，包括嵌套的內(nèi)部類。

下面是一些內(nèi)部類和它們的聲明：

在Java 11，JEP 181（Nest-Based Access Control）加入了NestHost和NestMember兩項(xiàng)屬性用于輔助訪問權(quán)限控制，規(guī)定了所有內(nèi)部類（包括嵌套的內(nèi)部類）是最外層外部類的NestMember，最外層的外部類是所有內(nèi)部類（包括嵌套）的NestHost。

聲明NestMember使用ClassWriter的visitNestMember方法，參數(shù)是內(nèi)部類的全限定名。寫入它的字節(jié)碼如下（仍然使用上方的代碼）：

說回到內(nèi)部類文件，它也需要聲明外部類和NestHost。聲明外部類也使用visitInnerClass方法，需要寫出所有的外部類，包括嵌套；聲明NestHost使用visitNestHost方法，參數(shù)是最外層外部類全限定名。

下面是Inner1聲明外部類的字節(jié)碼寫入：

內(nèi)部類的聲明到此為止，接下來看看內(nèi)部類和外部類的不同之處。

對(duì)于非靜態(tài)內(nèi)部類，它的類對(duì)象需要依托于一個(gè)外部類實(shí)例才能創(chuàng)建。例如下方的代碼：

非靜態(tài)內(nèi)部類保存了外部類的實(shí)例，保存的字段名稱是this$嵌套類深度-1（如果名稱已存在那么就在這個(gè)名字后加$直到不存在有這個(gè)名稱的字段），以InnerClass舉例，它的字節(jié)碼實(shí)際上類似于這樣：

外部類實(shí)例字段要求訪問標(biāo)志是ACC_FINAL和ACC_SYNTHETIC。使用類名.this相當(dāng)于使用這個(gè)字段逐級(jí)獲取，下面兩個(gè)代碼等價(jià)：

為了適應(yīng)外部類實(shí)例字段的加入，非靜態(tài)內(nèi)部類的構(gòu)造函數(shù)和普通的構(gòu)造函數(shù)不同。它的第一個(gè)局部變量仍然是this，但是第二個(gè)局部變量（或者說是第一個(gè)形式參數(shù)）成為了外部類的實(shí)例，從第二個(gè)形式參數(shù)開始才是真正在源碼層級(jí)的參數(shù)列表。內(nèi)部類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)如下（使用InnerClass舉例）。

字節(jié)碼如下：

六.密封類

密封類（Sealed Class）于Java 15（JEP 360）被加入，它限制了類可被哪些類繼承。下面是例子：

聲明密封類屬性只需要ClassWriter的visitPermittedSubclass，參數(shù)是子類全限定名。上面的SupClass字節(jié)碼可以這樣寫入：

類的基本結(jié)構(gòu)就到這里，下一期：類的結(jié)構(gòu)（二），主要講解枚舉、記錄等特殊的類結(jié)構(gòu)。

有問題在評(píng)論區(qū)指出。