Java字节码文件结构

《深入理解Java虚拟机》读书笔记，java字节码文件的这块定义的数据结构比较多，书讲解的很详细。

一.class文件中的数据格式

字节码文件是由java源文件经过编译之后获得，是以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据严格按照顺序紧凑地排列在class文件之中，中间没有任何分割符，当数据项占用8位字节以上的空间时，按照高位在前（大端法）的方式分割成若干个8位字节进行存储。

class文件中的格式只有俩种数据类型：无符号数和表

无符号数：为基本类型的数据类型，以u1,u2,u4,u8来代表1个字节，2个字节，4个字节，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：表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复杂数据类型。所有表都习惯以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复杂结构的数据。如下：

表

表中描述的标签有“类型、名称、数量”，对于一段由0和1组成的序列来说，有了类型，那么就知道了数据的大小，去读取数据大小的字节即可，通过名称可以知道数据所要表达的意思，数量则可以知道有多少个这样的数据类型。

举个例子来说的话，有一段序列是代表一张表，其中表中每一项的类型和数量是已经的，且是顺序排序的。那么在读取的时候按照固定的字节去读取进行解析即可。

二. class文件格式

整个class文件也是一张表。下图中可以看出编译之后class文件中包含了常量池、字段表、接口表、属性表等。

class文件格式

在文件中的存储如下：

附上自己画的图：

三.常量池

常量池中存放俩大类常量：字面量和符号引用。
字面量：文本字符串、声明为final的常量值等
符号引用：类和接口的全限定名、字段名称和描述符、方法的名称和描述符

常量池的项目类型：

WechatIMG129.jpeg

常量池中的每一种类型都是一张表，且结构各不相同。在java编译期编译java源文件时，把源文件中的有关类，字段，方法相关的信息全部放入class字节码的常量池中，class文件中的字段表，方法表中可以通过常量池中的“常量”索引去访问对应的常量项，拿到类或方法，字段等信息。

java虚拟机在运行java程序时，首先去加载class文件，通过class文件，java虚拟机才知道对象有那些方法，字段，然后去内存分配空间，进行运算。

3.1 CONSTANT_Class_info

CONSTANT_Class_info

class_info表中tag所占1个字节，值为7，代表为class_info。index指向CONSTANT_Utf8_info表，其内容为类的全限定名。

3.2 CONSTANT_Fieldref_info

CONSTANT_Fieldref_info

第一个index是声明字段的类的CONSTANT_Class_info索引项，通过这个索引可以知道字段是哪个类声明的。
第二个index是CONSTANT_NameAndType的索引项。

3.3 CONSTANT_NameAndType

CONSTANT_NameAndType

CONSTANT_NameAndType中的内容包含了字段的名称和描述符，描述符用来表示字段的数据类型(基本类型或者对象)。

3.4 CONSTANT_Method_Type_info

CONSTANT_Method_Type_info

四. 字段表

字段表

上表中name_index和descriptor_index都是对常量池的引用。name_index代表字段的名称，descriptor_index代表字段的描述符。

描述符

字段表集合中不会列出从超类或者父接口中继承而来的字段。
内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。

五. 方法表

方法表

其中name_index和descriptor_index和属性表中一样，代表方法的名称和方法的描述符。

六.属性表

6.1 Code属性

Code属性

6.2 Exceptions属性

Exceptions属性

Exceptions属性是列举方法中可能抛出的受查异常，也就是throws关键子后面列举的异常。

6.3 LocalVariableTable属性

LocalVariableTable属性

其中local_variable_info表示的方法中的形参和局部变量。start_pc和length表示变量的作用域。

local_variable_info

6.4 ConstantValue属性

ConstantValue属性

ConstantValue属性的作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。
static类型的的变量，有俩种赋值方式，一种是在类构造器方法中，另一种是通过ConstantValue属性。Sun Javac编译器中，如果同时使用final和static来修饰一个变量，并且这个变量的数据类型是基本类型或者String类型的话，就生成Constant属性来进行初始化。

6.5 InnerClasses 属性
InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。

InnerClasses 属性

数据类number_of_classes代表需要记录多少个内部类，每个内部类的信息都由一个inner_classes_info表进行描述。

inner_classes_info

• inner_class_info_index和outer_class_info_index都是指向常量池中
  CONSTANT_Class_info型常量的索引
• inner_name_index是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引,代表这个类的名称，如果是匿名内部类，那么这项值为0.
• inner_class_access_flags是内部类的访问标志

6.6 Signature 属性
Signature属性记录的是泛型签名信息。java语言的泛型采用的是擦除法，在字节码中，泛型信息都被擦除掉了。JDK1.5之后，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名中如果包含了类型变量或者“参数化类型”，则Signature属性会为它记录泛型签名信息。

Signature 属性