BiBi - JVM -7- Java类文件结构

From：深入理解Java虚拟机

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  BiBi - JVM -0- 开篇
  BiBi - JVM -1- Java内存区域
  BiBi - JVM -2- 对象
  BiBi - JVM -3- 垃圾收集算法
  BiBi - JVM -4- HotSpot JVM
  BiBi - JVM -5- 垃圾回收器
  BiBi - JVM -6- 回收策略
  BiBi - JVM -7- Java类文件结构
  BiBi - JVM -8- 类加载机制
  BiBi - JVM -9- 类加载器
  BiBi - JVM -10- 虚拟机字节码
  BiBi - JVM -11- 编译期优化
  BiBi - JVM -12- 运行期优化
  BiBi - JVM -13- 并发

Java虚拟机具有平台无关【Window、Mac】和语言无关【Groovy、JPython、JRuby】的特性。Java虚拟机只与【Class文件】这种特定的二进制文件格式关联，不与任何语言绑定。所有会有javac编译器、groovyc编译器、jrubyc编译器等来产class文件。

Class文件

Class文件是一组以8位字节【64位】为基础单位的二进制流，之间没有添加任何分隔符。当遇到需要占用8位字节以上空间的数据项时，会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。

Javap是一个专门用于分析Class文件字节码的工具。

Class文件格式中只有两种数据类型：无符号数和表。
无符号：基本的数据类型，u1 u2【2个字节】 u4 u8，无符号数可以用来描述：数字、索引引用、数量值、字符串值等。
表：是由多个无符号数构成的复合数据类型，习惯以【_info】结尾。

当需要描述一类型但数量不定的多个数据时，会使用一个前置的容量计数器 + 若干这连续的数据项，称这为某一类型的集合。

Class文件结构

1. Class文件的头4个字节【0xCAFFBABE，咖啡宝贝】称为【魔数】，标识该文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件，即进行身份验证。

2. 紧接着魔数的4个字节标识Class文件的版本号：其中第5、6字节是次版本号；第7、8字节是主版本号【Java的版本号从45开始】。该信息主要是为了版本兼容，高版本的JDK能兼容低版本的Class文件，但低版本的JDK不能运行高版本的Class文件。

3. 紧接着版本号之后的是常量池入口，由于数量不固定，所以入口有一个u2类型的数据，代表常量池容量的计数值。如：0x0016，代表常量池中有21项常量。【只有常量池的索引从1开始】其中，第0项表示：不引用任何一个常量池的项目。常量池中主要存放两大常量：字面常量和符号引用。

字面常量：文本字符串、final常量值。
符号引用：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

虚拟机加载Class文件是动态连接的，即在Class文件中不会保存各个方法和字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换，无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体内存地址之中。

4. 紧接着的是：
   访问标志；
   类索引、父类索引、接口索引集合；
   字段表集合；
   方法表集合；
   属性表集合。【跟我们平时理解的「属性」不是一回事】

字节码指令

Java虚拟机规范描绘了Java虚拟机应有的共同程序存储格式：Class文件格式和字节码指令集。Java虚拟机的指令由一个字节【8位】长度的，代表着某种特定操作含义的数字【操作码】以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数【操作数】而构成。

Java虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的架构，所以大多数的指令都不包含操作数，只有一个操作码。在Java虚拟机的指令集中，大多数的指令都包含了其操作所对应的数据类型信息。如：iload、fload。

• 加载和存储指令
• 运算指令
• 类型转换指令
• 对象创建与访问指令
• 操作数栈管理指令
• 控制转移指令
• 方法调用和返回指令
• 异常处理指令
• 同步指令