Class类文件结构

声明：本文摘抄自《深入理解Java虚拟机》一书，本文完全为自我学习，请感兴趣的同学购买正版，支持原创

Java虚拟机不和包括Java语言在内的任何语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件所关联。Class文件中包含了Java虚拟机指令集和符号表以及若干辅助信息。

Class文件结构

Class文件是以8位字节为基础单位的二进制流，各项数据项目严格按照顺序紧凑的排列在Class文件之中，中间没有添加任何分割符，这使的整个Class文件中存储的内容几乎全部是程序运行所必须的数据，没有空隙存在。当遇到需要占用8字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8为字节进行存储。

根据Java虚拟机规范，Class文件格式采用类似与C语言结构体的伪结构来存储数据，这种结构只有两种数据类型：无符号数和表。对Class文件解析都是基于这两种数据类型进行的。

无符号数属于基本数据类型，以u1，u2，u4，u8来分别表示1个字节，2个字节，4个字节和8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字，索引引用，数量值或者按照UTF-8编码构成的字符串值。

表是由多个无符号数或其他表为数据项构成的复合数据类型，所有表都习惯性以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据。

Class文件结构

无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时称这一连续的某一类型的数据为某一类型的集合。

魔数与Class文件的版本

每个Class文件的头4个字节称为魔数（Magic Number），它的唯一作用就是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。很多文件存储标准中都使用魔数来进行身份识别，譬如图片格式，如gif或者jpeg等在文件头中都存在魔数。Class文件的魔数为“0xCAFEBABE”。

紧接着魔数后4个字节存储的是Class文件的版本号：第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8字节是主版本号（Major Version）。高版本的JDK能向下兼容以前版本的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，即使文件格式并未发生任何变化，虚拟机也拒绝执行超过其版本号的Class文件。

Class文件版本号

常量池

紧接着主版本号之后就是常量池入口。常量池是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用Class文件空间最大的数据之一。由于常量池中常量个数是不固定的，所以在常量池的入口需要一项u2类型的数据，来代表常量池中常量个数（constant_pool_count）。与Java中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从1而不是0开始的（第0项常量空出来有特殊考虑）。Class文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合，字段表集合，方法集合等容量计数都与一般习惯相同，是从0开始的。

常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic Refereces）。
字面量比较接近与Java语言层面的常量概念，如文本字符串，声明为final类型的常量值等。
符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了下面三类常量：

• 类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
• 字段的名称和描述符（Descriptor）
• 方法的名称和描述符

常量池目前共有14种结构，常量池是最繁琐的数据，因为这14种常量类型各自均有自己的结构。

---

Java 相关规范：http://docs.oracle.com/javase/specs/index.html
Java虚拟机规范《The Java Virtual Machine Specification》
[JDK7]：http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/index.html
[JDK8]：http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html