JVM-class文件详解（官方直译）含脑图

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JVM

类文件(Class文件)结构

ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}

magic u4

• value:0xCAFEBABE

minor_version u2

• 0000 暂时不用这两个字节

major_version u2

• 0034 表示版本号为52 表示jdk1.8

constant_pool_count u2

• value:0025 对应10进制397代表常量池中39个常量

constant_pool[constant_pool_count-1] cp_info 常量池,有tag,info[] info[]的值根据tag的值变化而变化，后面0X…表示tag的值

cp_info {
u1 tag;
u1 info[];
}

• CONSTANT_Utf8_info u1+u2+u1*length 0x01

  • tag u1:1
  • length u2 bytes中的字节数组长度（不是结果字符串的长度）
  • bytes u1 bytes数组包含字符串的字节。

• CONSTANT_Integer_info u1+u4 0x03

  • tag u1:3
  • bytes u4 按照高位在前存储的int值，由ASCII转换成16进制获得

• CONSTANT_float_info u1+u4 0x04

  • tag u1：4
  • bytes u4 按照高位在前存储的float值，由ASCII转换成16进制获得（IEEE 754 floating-point single format）

• CONSTANT_Long_info u1+u8 0x05

  • tag u1：5
  • high_bytes u4
  • low_bytes u4

• CONSTANT_Double_info u1+u8 0x06

  • tag u1：6
  • high_bytes u4
  • low_bytes u4

• CONSTANT_class_info u1+u2 0x07

  • tag u1：7
  • name_index u2 指向权限定名常量池utf8的索引

• CONSTANT_String_info u1+u2 0x08

  • tag u1：8
  • string_index u2 指向CONSTANT_Utf8_info的索引

• CONSTANT_Fieldref_info u1+u2+u2 0x09

  • tag u1 :9
  • class_index u2 可以是class类型也可以是接口类型，指向常量池中的有效索引，类型是CONSTANT_Class_info结构
  • name_and_type_index u2 指向字段描述符 CONSTANT_NameAndType_info的索引项(请参考字段描述符)

• CONSTANT_Methodref_info u1+u2+u2 0x0a

  • tag u1：10
  • class_index u2 必须是class类型，不是接口类型，
  • name_and_type_index u2 指向方法描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项（请参考方法描述符）如果方法名以’<’(’\u003c’)开头,名字必须是特殊的名字(实例初始化会用到)，返回类型必须是void

• CONSTANT_Interface_Methodref_info u5 0x0b

  • tag u1:11
  • class_index u2 必须是接口类型
  • name_and_type_index u2 指向名称及类型描述 符CONSTANT_NameAndType_info的索引项

• CONSTANT_NameAndType_info u5 0x0c

  • tag u1:12

  • name_index u2 指向该字段或方法名称的CONSTANT_Utf8_info索引

    Class文件中变量，方法的名字以非限定名的形式保存的，简单讲就是单纯的变量名或方法名，是不能包含./[;等ASCII字符的。但有个例外

  • descriptor_index u2 指向CONSTANT_Utf8_info结构，代表一个验证的字段描述符或方法描述符

• CONSTANT_MethodHandle_info u5 0x0f

  • tag u1 ：15

  • reference_kind u2 决定方法类型，值必须是0- 9，该值表示方法句柄的字节码行为

  • reference_index u2 值必须是常量池的有效索引

    • 1.reference_kind=1||2||3||4，指向CONSTANT_Fieldref_info索引

    • 2.reference_kind=5||8，指向CONSTANT_Methodref_info索引

    • 3.reference_kind=6||7

      • 类文件版本<52: 指向CONSTANT_Methodref_info索引
      • 类文件版本>=52: 指向CONSTANT_Methodref_info或者CONSTANT_InterfaceMethodref_info索引

    • 4.reference_kind=9，指向CONSTANT_InterfaceMethodref_info索引

    • 5.reference_kind=8，指向CONSTANT_Methodref_info结构必须是方法

• CONSTANT_MethodType_info u3 0x10

  • tag u1 ：16
  • descriptor_index u2 值必须是常量池的有效索 引，常量池在该索引的项必须是CONSTANT_ Utf8_info结构，表示该方法的描述符

• CONSTANT_InvokeDynamic_info u5 0x12

  • tag u1 ：18
  • bootstrap_method_attr_index u2 当前Class文 件中引导方法表的bootstrap_methods[]数组的 有效索引
  • name_and type_index u2 指向名称及类型描述 符CONSTANT_NameAndType_info的索引项

access_flags u2

• ACC_PUBLIC 0001可以被包的类访问
• ACC_FINAL 0010 不允许有子类
• ACC_SUPER 0020 当用到invokespecial指令 时，需要特殊处理的父类方法
• ACC_INTEFACE 0200 标识定义的是接口而不 是类
• ACC_ABSTRACT 0400 不能被实例化，抽象
• ACC_ANNOTATION 2000 标识注解类型
• ACC_ENUM 4000 标识枚举类型
• ACC_SYNTHETIC 1000 标识这个类是否是用户 代码生成。0表示由用户代码生成

this_class u2 ：指向一个常量池，一般都指向CONSTANT_class_info类型

super_class u2：指向一个常量池，一般都指向CONSTANT_class_info类型

interfaces_count u2：记录接口的数量，如果为0则不出现interfaces类型

interfaces[interfaces_count] u2：记录具体的接口指向，指向一个常量池对象，一般都指向CONSTANT_class_info类型

fields_count u2：记录字段的数量，如果为0则不出现fields类型

fields[fields_count] field_info：字段表集合

• access_flags u2：字段访问标志

  • ACC_PUBLIC 0x0001
  • ACC_PRIVATE 0x0002
  • ACC_PROTECTED 0x0004
  • ACC_STATIC 0x0008
  • ACC_FINAL 0x0010
  • ACC_VOLATILE 0x0040
  • ACC_TRANSIENT 0x0080
  • ACC_SYNTHETIC 0x1000 标志指示此字段是由编译器生成的，不会出现在源代码中。
  • ACC_ENUM 0x4000 枚举类型

• name_index u2： 字段名称索引，指向CONSTANT_Utf8_info索引

• descriptor_index u2：描述符索引，指向CONSTANT_Utf8_info索引

  • 字段描述符如何表示

    • B byte 字节型
    • C char 字符型
    • I int 整型
    • F float 浮点型
    • S short 短整型
    • J long 长整型
    • D double 双精度浮点型
    • Z boolean 布尔型
    • L+对象全限定名 对象类型，如：String Ljava/lang/String
    • [+基本类型符合 数组类型，如int[] [I
    • V void 无类型

• attributes_count u2:属性个数

• attributes[attributes_count]attribute_info->ConstantValue_attribute 字段表集合

  • attribute_name_index u2：属性名称索引，指向CONSTANT_Utf8_info 结构中的“ConstantValue”
  • attribute_length u2：值必须是2
  • constant_value_index：常量池条目索引必须适合该field

methods_count u2：记录方法的数量,如果是类是一定存在的，如果是接口methods_count可能存在为0,enum 最少4（有默认方法）

methods[methods_count] method_info 方法集合

• access_flags u2：字段访问标志

  • ACC_PUBLIC 0x0001
  • ACC_PRIVATE 0x0002
  • ACC_PROTECTED 0x0004
  • ACC_STATIC 0x0008
  • ACC_FINAL 0x0010
  • ACC_SYNCHRONIZED 0x0020
  • ACC_BRIDGE 0x0040
  • ACC_VARARGS 0x0080
  • ACC_NATIVE 0x0100
  • ACC_ABSTRACT 0x0400
  • ACC_STRICT 0x0800
  • ACC_SYNTHETIC 0x1000 标志指示此字段是由编译器生成的，不会出现在源代码中。

• name_index u2:方法名称索引,指向CONSTANT_Utf8_info索引的 or or 有效的非限定名称

• descriptor_index u2 方法描述索引（返回参数索引）,指向CONSTANT_Utf8_info索引

• attributes_count u2 方法中属性个数

• attributes attribute_info []

  • Code 执行方法 code_attribute_info

    • attribute_name_index u2 属性名索引，指向CONSTANT_Utf8_info中的“Code”

    • attribute_length u4 属性字节长度，不包括前6字节

    • max_stack u2 操作数栈的最大深度

    • max_locals u2 局部变量的最大数目，包含传入参数的局部变量

      • long或double类型的值的最大局部变量索引是max_locals-2，max_locals-1是任何其他类型的值的最大局部变量索引

    • code_length u4 指令长度，表示代码数组中的字节数，必须大于0 小于65536

    • code[code_length] u1*code_length 指令集合

    • exception_table_length 异常计数 u1

    • exception_table[exception_table_length] 异常集合 u8*exception_table_length

      • start_pc u2 开始指令地址
      • end_pc u2 结束指令地址
      • handler_pc u2 异常处理指令地址
      • catch_type u2 异常类型，指向CONSTANT_Class_info中catch时抛出的异常类

    • attributes_count u2 Code结构内属性数

    • attributes attronites_info Code结构体内属性集合

      • LinaNumberTable 源码与指令关系 LinaNumberTable_info

        • attribute_name_index u2 属性名称，指向CONSTANT_Utf8_info中的“ LineNumberTable”

        • attribute_length u4 属性长度,需要去掉初始的6字节

        • line_number_table_length u2 源码指令关系表计数，表示LinaNumberTable的个数

        • line_number_table[line_number_table_ length] u4*line_number_table_length 源码指令关系表数组

          • stact_pc u2 开始字节码指令地址
          • line_number u2 源码行号

      • LocalVariableTable 局部变量描述

        • attribute_name_index u2 属性名称，指向CONSTANT_Utf8_info中的“ LocalVariableTable”

        • attribute_length u4 属性长度,需要去掉初始的6字节

        • local_variable_table_length u2 局部变量描述计数，表示LocalVariableTable的个数

        • local_variable_table[local_variable_table_ length] u10*local_variable_table_length 局部变量描述表集合 local_variable_ info

          • start_pc u2 开始字节码指令地址
          • length u2 字节码偏移量
          • name_index u2 局部变量名称索引,指向CONSTANT_Utf8_info中的非限定名
          • descriptor_index u2 局部变量字段描述符
          • index u2 方法执行时，局部变量在栈帧中局部变量表的位置，如果是double,long 它占用index,index+1

      • LocalVariableTypeTable 局部变量类型表，方法中使用了泛型变量，则会生成局部变量类型表,对泛型类型的局部变量，需要在LocalVariableTable Attribute和LocalVariableTypeTable Attribute中同时存在一项；而对非泛型类型的局部变量来说，只要在LocalVariableTable Attribute存在表项就可以

        如果方法中使用了泛型变量，则会生成 局部变量类型表；局部变量类型表的信息会覆盖掉 局部变量表的信息；JDK5之后才出现的 局部变量类型表，因为JDK5之前不支持泛型，为了兼容以前的老版本，不得不做了这个糟糕的设计；局部变量类型表在Hotspot中基本没有任何作用，仅用于作为Hotspot中的 局部变量表的 signature_cp_index字段赋值。

        • attribute_name_index u2 属性名称，指向CONSTANT_Utf8_info中的“ LocalVariableTypeTable”

        • attribute_length u4 属性长度,需要去掉初始的6字节

        • local_variable_type_table_length u2 表示LocalVariableTypeTable的个数

        • local_variable_type_table[local_variable_type_table_length]

          • start_pc u2 开始字节码指令地址
          • length u2 字节码偏移量
          • name_index u2 局部变量名称索引,指向CONSTANT_Utf8_info中的非限定名
          • signature_index u2 记录该项代表的局部变量的字段签名，指向CONSTANT_Utf8_info中
          • index u2 方法执行时，局部变量在栈帧中局部变量表的位置，如果是double,long 它占用index,index+1

      • StackMapTable stack_map_frame 栈图，为了提高JVM在类型检查的验证过程的效率，只用于Class文件加载时的校验

        • attribute_name_index u2 属性名称，指向CONSTANT_Utf8_info中的“ StackMapTable”

        • attribute_length u4 属性长度,需要去掉初始的6字节

        • number_of_entries u2 表示entries表的成员数量

        • entries[number_of_entries] stack_map_frame

          • frame_type

            • same_frame

              • frame_type = SAME ;/ 0-63 /

                • 该frame与前一个frame的局部变量区、操作数栈上对应位置的类型都完全一样，这个值也是隐含的 offset_delta,offset_delta=frame_type的值

            • same_locals_1_stack_item_frame

              • frame_type = SAME_LOCALS_1_STACK_ITEM; / 64-127 /

                • 当前帧与上一帧有相同的局部变量，操作数栈中的变量数目为 1，隐式 offset_delta 为 frame_type - 64

              • verification_type_info stack[1];

            • same_locals_1_stack_item_frame_extended

              • frame_type u1= SAME_LOCALS_1_STACK_ITEM_EXTENDED;/* 64-127 */

                • 与same_locals_1_stack_item_frame的区别就是offset_delta是明确给定的

              • offset_delta u2

              • verification_type_info stack[1]

            • chop_frame

              • frame_type = CHOP/ 248- 250 /

                • 当前帧与上一帧具有相同的局部变量，知识不存在最后k个局部变量，并且操作数栈为空。k的值由公式251-frame_type给出，明确给出帧的offset_delta值

              • offset_delta u2

            • same_frame_extended

              • frame_type = SAME_FRAME_EXTENDED / 251/

                • 局部变量信息和上一个帧相同，且操作数栈为空，与same_frame不同的是offset_delta明确给定的

              • offset_delta u2

            • append_frame

              • frame_type = APPEND ; / 252-254 /

                • 当前帧比上一帧多了k个局部变量，且操作数栈为空，其中 k = frame_type -251

              • offset_delta u2

              • verification_type_info locals[frame_type - 251]

            • full_frame

              • frame_type = FULL_FRAME;/ 255 /

                • 局部变量表和操作数栈做完整记录

              • offset_delta

              • number_of_locals

              • verification_type_info locals[number_of_locals]

              • u2 number_of_stack_items

              • verification_type_info stack[number_of_stack_items];

  • Exceptions 抛出异常的方法 Exception_ attribute_info

    • attribute_name_index u2 属性名称，指向名称为Exceptions 的常量池

    • attribute_length u4 属性长度

    • Number_of_exceptions u2 异常数量计数 ，表示有多少个异常名称索引

    • exceptions_index_table[Number_of_ exceptions] u2*Number_of_ exceptions 异常常量池索引

      • 每两个字节指向一个CONSTANT_Class_info类型 的常量池，全限定名称

  • RuntimeVisibleParameterAnnotations 该方法在运行时可见的修饰该方法参数的Annotation，Java程序可以通过反射机制获取这些Annotation中的值

    • attribute_name_index u2 属性名称，指向名称为RuntimeVisibleParameterAnnotations 的常量池

    • attribute_length u4 属性长度

    • num_parameters u1 记录该方法中的参数个数

    • parameter_annotations[num_parameters] annotation

      • type_index u2 指向CONSTANT_Utf8_info描述符

      • num_element_value_pairs

      • element_value_pairs[num_element_value_pairs] element_value_pairs

        • element_name_index，对应注解里字段的字段名称，指向CONSTANT_Utf8_info
        • value ：加了注解的字段名为 record

  • RuntimeInvisibleParameterAnnotations 记录该方法在运行时不可见的修饰该方法参数的Annotation 结构与（RuntimeVisibleParameterAnnotations）相同

  • AnnotationDefault

    • attribute_name_index u2 属性名称，指向名称为AnnotationDefault 的常量池
    • attribute_length u4 属性长度
    • default_value 代码注解类型元素的默认值

  • MethodParameters

    • attribute_name_index u2 指向名称为“MethodParameters”的常量池

    • attribute_length u4 属性长度

    • parameters_count u1 参数的数量

    • parameters[parameters_count] parameter

      • name_index u2 值必须为0 或者指向常量池中的索引，如果为0 则parameters指向不带名称的形参，如果非0 则必须指向CONSTANT_Utf8_info 中的非限定名

attributes_count u2 属性表中的属性数量，记录原文件属性信息，一般一个类具有一个

attributes[attributes_count] attribute_info 官方定义为数组，实际上专属类描述的只有

• SourceFile 记录源文件名称

  • attribute_name_index u2 属性名称索引，指向值为“ SourceFile”的常量池
  • attribute_length u4 属性长度 值必须为2
  • sourcefile_index 源文件名称索引，指向值CONSTANT_Utf8_info 中类地址的常量池

• InnerClasses 内部类列表

  • attribute_name_index u2 属性名称索引，指向值为“ InnerClasses”的常量池
  • attribute_length 表示属性的长度，不包括前六个字节。
  • number_of_classes 表明classes数组冲的个数
  • classes[number_of_classes] 表示一个非包成员的类，都明确对应CONSTANT_Class_info中的一个类

• EnclosingMethod 仅当一个类为局部类或者匿名类是才能拥有这个属性

  • attribute_name_index u2 属性名称索引，指向值为“ EnclosingMethod”的常量池
  • attribute_length u4 值必须为4
  • class_index u2 指向CONSTANT_Class_info中的
  • method_index u2 如果没有实现方法或构造函数的嵌套，则为0 ，否则指向CONSTANT_NameAndType_info的索引，

• SourceDebugExtension

  • attribute_name_index u2 属性名称索引，指向值为“ SourceDebugExtension”的常量池
  • attribute_length u4 表示属性的长度，不包括前六个字节。
  • debug_extension[attribute_length] u1*attribute_length

• BootstrapMethods 这个属性用于保存 invokedynamic 指令引用的引导方法限定符

  • attribute_name_index u2 属性名称索引，指向值为“ BootstrapMethods”的常量池

  • attribute_length u4 表示属性的长度，不包括前六个字节。

  • num_bootstrap_methods u2 数组中的引导方法限定符的数量

  • bootstrap_methods[num_bootstrap_methods]

    • bootstrap_method_ref u2

    • num_bootstrap_arguments u2

    • bootstrap_arguments[num_bootstrap_arguments] u2*num_bootstrap_arguments

      常量池在该索引处必须是下列结构之一：CONSTANT_String_info、CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Integer_info、CONSTANT_Long_info、CONSTANT_Float_info、CONSTANT_Double_info、CONSTANT_MethodHandle_info 或 CONSTANT_MethodType_info

字段描述符

方法：Object m(int i, double d, Thread t) {…}

方法描述符(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;

Constant value attribute types

Field access

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