Java 字节码类文件结构

Java 文件编译后会生成 .class 二进制文件，这个文件以 8 字节为单元组织。在 Class 文件中定义了一些数据类型，u1,u2,u4,u8 分别代表 1 个字节、2 个字节、4 个字节、8 个字节的无符号数。

Class 文件像一张大表格，以一定的格式记录。

ClassFile
{
	 magic_number;
	 minor_version;
	 major_version;
	 constant_pool_count;
	 constant_pool[];
	 access_flags;
	 this_class;
	 super_class;
	 interfaces_count;
	 interfaces[];
	 fields_count;
	 fields[];
	 methods_count;
	 methods[];
	 attributes_count;
	 attributes[];
}

Magic Number

每个 Class 文件头 4 个字节称为 Magic Number，用于确认该文件是否能被虚拟机接受。

java class magic number

Class 文件的 Magic Number 是 0xCAFEBABE .

apt install ghex

Class 版本

接着 Magic Number 后面 4 个字节就是 Class 文件的版本号

第 5，6 个字节是次版本号 Minor Version
第 7，8 个字节是主版本号 Major Version

Java 版本号从 45 开始，JDK 1.1 后每个 JDK 大版本发布主版本加 1，高版本的 JDK 向下兼容以前的 Class 文件，但不能运行以后的版本。

看到上图里面，5，6 个字节 0x0000，主版本号 0x0033，就是十进制的 51，说明这个 Class 文件可以被 JDK 1.7 或者以上版本虚拟机执行。

常量值 constant_pool

在主版本号后面是常量池入口，所有的变量，方法都会在该常量池有一份引用。因为常量值数量不固定，所以常量值入口会放置 u2 类型数据，表示常量池容量计数 constant_pool_count ，这个容量计数是从 1 开始。

常量池主要存放两大类常量：

字面值 Literal

符号引用 Symbolic References , 包含

  - 类和接口的全限定名 Fully Qualified Name
  - 字段名和描述符 Descriptor
  - 方法的名称和描述符

常量池中每一项都是一个表

第一位是 u1 类型标志位，取值 1 到 12，缺少标志为 2 的数据类型，该标志表示当前常量属于哪种类型。

类型	标志	描述
CONSTANT_Utf8_info	1	UTF-8 编码字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整型字面值
CONSTANT_Float_info	4	浮点
CONSTANT_Long_info	5	长整型
CONSTANT_Double_info	6	双精度浮点
CONSTANT_Class_info	7	类或者接口符号引用
CONSTANT_String_info	8	字符串类型
CONSTANT_Fieldref_info	9	字符的符号引用
CONSTANT_Methodref_info	10	类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的部分符号引用

如果看二进制的 Class 文件比较麻烦，JDK 中提供了了分析 Class 文件字节码的工具：javap

javap -verbose filename.class

可以看到类似如下的内容：

Constant pool:
   #1 = Methodref          #11.#36        // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #37.#38        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = String             #39            // hello
   #4 = Methodref          #40.#41        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

访问标志 access flags

常量池结束后接 2 字节代表访问标志 access_flag. 用于识别类或接口层次的访问信息，包括 Class 是类还是接口，是否定义为 public，是否定义为 abstract 类型，类是否被声明为 final .

类索引 this_class 父索引 super_class 接口索引 interfaces

Class 文件由这个三个数据来确定类的继承关系。

类索引确定类的全限定名
父类索引确定这个父类的全限定名，除 java.lang.Object 外，所有 Java 类的父类索引都不是 0
接口索引描述类实现了哪些接口，按照实现的顺序排列

类索引、父类索引和接口索引都按照顺序排列在访问标志后，类索引和父类索引用两个 u2 类型索引值表示，各自指向 CONSTANT_Class_info 的类描述符常量，通过 CONSTANT_Class_info 类型的常量中的索引值来找到定义在 CONSTANT_Utf8_info 类型的常量中的全限定名字符串。

接口索引，入口是 u2 类型数据的接口计数 interfaces_count ，表示索引表容量，如果没有实现任何接口，则计数器为 0。

字段表集合 field info

用于描述接口或者类中声明的变量，包括类级变量或者实例级变量，但不包括方法内部声明变量。

字段作用域 public private protected
类级变量还是实例变量 static
可变性 final
并发可见性 volatile，是否强制从主存读写
可否序列化 transient
字段基本类型，对象，数组
字段名称

方法表集合

方法表结构和字段表相同，依次包括了访问标志 access flags，名称索引 name index, 描述符索引 descriptor index ，属性表集合 attributes

属性表集合 attribute info

与 Class 文件中其他数据项目要求严格的顺序、长度和内容不同，属性表集合限制宽松，不要求属性表具有严格顺序，只要不与已有的属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性中写入自己定义的属性信息，Java 虚拟机在运行时会忽略掉它不认识的属性。

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