Class文件结构

Java虚拟机不与包括Java语言在内的任何程序语言绑定，它之与Class文件这种特定的二进制文件格式所关联。

字节码所能提供的语言描述能力比Java语言本身更加强大，这为其他语言实现一些有别于Java的语言特性提供了发挥空间。

Class文件

大部分Class文件都对应着唯一一个类或者接口的定义信息，但是类或接口不一定都定义在文件中，如类或接口也可以动态生成，直接送入类加载器。因此类不一定需要以磁盘文件的形式存在。

Class文件是一组以8个字节为单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中，中间没有添加任何分隔符。当遇到需要占用8个字节以上空间的数据项时，会按照大端字字序存储。对于一个16位的整数，需要使用两个连续的8位字节来存储，第一个字节是高位字节，第二个字节是低位字节。

Java虚拟机规范规定，Class文件采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据，这种伪结构中只有两种数据类型：”无符号数“和”表“

• 无符号数数据基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个字节的无符号数，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者其他表作为数据项构成的复合数据类型，为了便于区分，所有表的命名都习惯性地以”_info“结尾。整个Class文件本质上也可以视为一张表。

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，这时候称这一系列的数据为某一类型的”集合“。

魔数和Class文件的版本

每个Class文件的头四个字节被称为魔数（Magic Number），唯一作用就是标识这个文件是不是Class文件，其他文件格式存在魔数，用来区分文件的格式。

Class文件的魔数是0xCAFEBABE，紧接着4个字节存储的是Class文件的版本号：第5、6字节是次版本号，第7、8字节是主版本号。Java版本号是从45开始的。Java虚拟机规范规定，JDK可以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。

常量池

紧接着版本号之后的是常量池入口，常量池可以比喻为Class文件里的资源仓库。

由于常量数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值。但是这个计数值是从1开始的。从上图可以看到计数值为0x0013，转换为10进制为19，代表常量池的中有18个常量，索引范围从1到18。第0项空出来是出于特殊考虑的，为了在后面某些指向常量池的索引数据可以表达出”不引用任何一个常量池项目“的含义。

常量池主要存放两大常量：字面量和符号引用。字面量有文本字符串、被声明为final的常量值等。

符号引用主要包括下面几类常量：

• 被模块导出或者开放的包
• 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
• 方法句柄和方法类型
• 动态调用点和动态常量

javac编译的时候没有C/C++类似”连接“的步骤，而是Java虚拟机进行动态链接。这些符号引用需要虚拟机进行运行时转换才能得到真正的内存入口地址。当虚拟机加载Class文件的时候，会从常量池获得对应的符号引用，再在类创建或运行时进行解析、翻译到具体的内存地址。

常量池中每一项常量都是一个表，截止JDK13常量表有17中不同类型的常量。它们表结构起始的第一位是个u1类型的标志位，代表着当前常量属于哪种常量类型。

访问标志

在常量池结束之后，紧接着两个字节代表访问标志，这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括这个Class是类还是接口；是否定义为public类型；是否定义为abstract类型；如果是类的话，是否被声明为final等等

类索引、父类索引与接口索引集合

类索引和父类索引都是一个u2类型的数据，接口索引集合是一组u2类型的数据集合，Class文件根据这三项数据来确定该类型的继承关系。类索引用于确定这个类的全限定名，父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。除了java.lang.Object之外，所有的Java类都有父类（父类索引不为0）。接口索引集合用来描述这个类实现了哪些接口。按照implements关键字的顺序从左到右排列。

其他

• 字段表集合：字段包括类级变量以及实例级变量，但不包括方法内部声明的局部变量。
• 方法表集合
  如果子类没有重写父类的方法，编译器可能会自动添加方法，最常见的是类构造器()方法和实例构造器()方法。
• 属性表集合：Class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合，用来描述某些场景的专有信息。