java class字节码概述

class 字节码概述

每一个java类被编译后都会生成一个对应的.class字节码文件，要想研究JVM加载java类的原理，实现必须掌握java类被编译成的.class文件结构。下面从几个方面来描述字节码的组成格式。

1. class文件构成基础

在class字节码文家中，数据都是以二进制流的形式存储。这些字节流之间都严格按照规定的顺序排列，字节之间不存在任何空隙，对于超过8位的数据，将按照Big-Endian（大端）的顺序存储，即高位字节存储在低的地址上面，而地位字节存储在高位地址上面。这是class文件能够跨平台的关键，PowerPC架构的处理器采用Big-Endian的存储顺序，而x86系列的处理器则采用LIttle-Endian（小端）的存储顺序。因此为了class文件在各种处理器架构下能够保持统一的存储顺序，虚拟机必须设置统一的存储规范。

2. class文件的10个组成结构

class文件主要有两类数据项：无符号数和标。无符号数表示：数字、索引引用和字符串等，class文件中主要使用的无符号数包括：u1、u2、u4和u8，分别代表1字节、2字节、4字节和8字节的无符号数；表是由多个无符号数和其他的表组成的复合结构。
一个class文件主要由以下10个部分组成：

• MagicNumber u4
• Version u2
• Constant_pool u2
• Access_flag u2
• This_class u2
• Super_class u2
• Interfaces u2
• Feilds u2
• Methods u2
• Attributes u2

3. class文件中各字段说明

1. MagicNumber：用来标志class文件的，位于java class文件的最前面的4个字节，值为固定的0xCAFEBABE。虚拟机加载class文件时会先检查这4个字节，如果不是0xCAFEBABE，则虚拟机拒绝加载该文件，这样就可以防止加载非class文件而造成虚拟机崩溃。
2. Version：该字段由2个长度为2字节的字段组成，分别是：Major Version和Minor Version，代表当前class文件的主版本号好次版本号。不同的虚拟机支持的class文件的版本范围是不同的，所以加载class文件之前要先检查class文件是否在当前虚拟机支持的范围之内。高版本的虚拟机可以支持低版本的class文件，反之则不可以。 如果使用高版本的JDK编译java程序，而使用低版本的JRE执行class文件，则JVM会抛出类似“java.lang.UnsupportedClassVersionError: Unsupported major.minor version 50”。
3. Constant_pool(常量池)：常量池信息从class文件的第9字节开始。第9、10字节的长度字段constant_pool_count,表示常量池包含多少个常量。常量池里放的是字面常量和符号引用。字面常量包括文本串以及被声明为final的常量。符号引用包含类和接口的全局限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符，因为java语言在编译的时候没有连接这一步，所有的引用都是运行时动态加载的，所以需要把这些引用的信息保存在class文件里。字面常量根据具体的类型分为字符串、整型、长整型、浮点型、双精度浮点型。
4. Access_flag: 主要保存当前类的访问权限。
5. This_class：主要保存当前类的全局限定名在常量池里的索引。
6. Super_class：主要保存当前类的父类的全局限定名在常量池里的索引。
7. Interfaces：主要保存当前类实现的接口列表，包含两部分：interfaces_count：当前类实现的接口数量，interfaces[interfaces_count]：包含interfaces_count个接口的全局限定名的索引的数组。
8. Fields：主要保存当前类的成员列表，包含两部分：fields_count：类变量和实例变量的字段数量总和，fields[fields_count]：包含字段详细信息的列表。
9. Methods：主要保存当前类的方法列表，包含两部分：methods_count：该类或借口显示定义的方法数量，method[methods_count]: 包含方法信息的详细列表。
10. Attributes：主要保存当前类attributes列表，包含两部分：attributes_count和attributes[attributes_count] 。