Java Class 字节码详解

一、平台无关性

Java是与平台无关的语言，这得益于Java源代码编译后生成的存储字节码的文件，即Class文件，以及Java虚拟机的实现。虚拟机并不关心Class的来源是什么语言，只要它符合一定的结构，就可以在Java中运行，这样就出现了JRuby等语言也能够在JVM中运行。

20140318212143937.png

二、类文件结构

Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，根据Java虚拟机规范的规定，Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表。无符号数属于基本数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1、2、4、8个字节的无符号数。表是由多个无符号数或其他表作为数据项构成的符合数据类型，所有的表都习惯性地以“_info”结尾。

三、剖析class文件

首先，来编写一个简单的HelloWorld.java程序

public class HelloWorld {
     public static void main(String[] args) {
         System.out.println("Hello World");
    }
}

看看.class文件的内容吧

cafe babe 0000 0034 001d 0a00 0600 0f09
0010 0011 0800 120a 0013 0014 0700 1507
0016 0100 063c 696e 6974 3e01 0003 2829
5601 0004 436f 6465 0100 0f4c 696e 654e
756d 6265 7254 6162 6c65 0100 046d 6169
6e01 0016 285b 4c6a 6176 612f 6c61 6e67
2f53 7472 696e 673b 2956 0100 0a53 6f75
7263 6546 696c 6501 000f 4865 6c6c 6f57
6f72 6c64 2e6a 6176 610c 0007 0008 0700
170c 0018 0019 0100 0b48 656c 6c6f 2057
6f72 6c64 0700 1a0c 001b 001c 0100 0a48
656c 6c6f 576f 726c 6401 0010 6a61 7661
2f6c 616e 672f 4f62 6a65 6374 0100 106a
6176 612f 6c61 6e67 2f53 7973 7465 6d01
0003 6f75 7401 0015 4c6a 6176 612f 696f
2f50 7269 6e74 5374 7265 616d 3b01 0013
6a61 7661 2f69 6f2f 5072 696e 7453 7472
6561 6d01 0007 7072 696e 746c 6e01 0015
284c 6a61 7661 2f6c 616e 672f 5374 7269
6e67 3b29 5600 2100 0500 0600 0000 0000
0200 0100 0700 0800 0100 0900 0000 1d00
0100 0100 0000 052a b700 01b1 0000 0001
000a 0000 0006 0001 0000 0001 0009 000b
000c 0001 0009 0000 0025 0002 0001 0000
0009 b200 0212 03b6 0004 b100 0000 0100
0a00 0000 0a00 0200 0000 0300 0800 0400
0100 0d00 0000 0200 0e

JVM定义的class文件结构如下：ClassFile结构

类型	名称	数量
u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count
u2 attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

JDK提供的解析工具

javap -verbose HelloWorld.class

Classfile /Users/yudesong/Project/java/HelloWorld.class
  Last modified 2018-1-23; size 425 bytes
  MD5 checksum 63e47f1d243e0eb6bc952df3f6ac0d5a
  Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #6.#15         // java/lang/Object."":()V
   #2 = Fieldref           #16.#17        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = String             #18            // Hello World
   #4 = Methodref          #19.#20        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   #5 = Class              #21            // HelloWorld
   #6 = Class              #22            // java/lang/Object
   #7 = Utf8               
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               main
  #12 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #13 = Utf8               SourceFile
  #14 = Utf8               HelloWorld.java
  #15 = NameAndType        #7:#8          // "":()V
  #16 = Class              #23            // java/lang/System
  #17 = NameAndType        #24:#25        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #18 = Utf8               Hello World
  #19 = Class              #26            // java/io/PrintStream
  #20 = NameAndType        #27:#28        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #21 = Utf8               HelloWorld
  #22 = Utf8               java/lang/Object
  #23 = Utf8               java/lang/System
  #24 = Utf8               out
  #25 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #26 = Utf8               java/io/PrintStream
  #27 = Utf8               println
  #28 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  public HelloWorld();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String Hello World
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 8
}
SourceFile: "HelloWorld.java"

建议直接安装IDEA 插件jclasslib

参考文章

1. 【深入Java虚拟机】之二：Class类文件结