原理篇 - JVM Class 文件结构 - 《Java 开发笔记》

概述

概述

Class 文件是一组以 8 位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在 Class 文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个 Class 文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。

当遇到需要占用 8 位字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前（Big-Endian）的方式分割成若干个 8 位字节进行存储。

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数据，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表，后面的解析都要以这两种数据类型为基础，所以这里要先介绍这两个概念。

无符号数属于基本的数据类型，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，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，所有表都习惯性地以 “_info” 结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个 Class 文件本质上就是一张表，它由如下表所示的数据项构成。

类型	名称	数量	备注
u4	magic	1	魔数
u2	minor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	主版本号
u2	constant_pool_count	1	常量个数
cp_info	constant_pool	constant_pool_count – 1	常量池表项
u2	access_flags	1	类的访问控制符
u2	this_class	1	当前类的全限定名索引
u2	super_class	1	父类的全限定名索引
u2	interfaces_count	1	接口数量
u2	interfaces	interface_count	接口的全限定名索引列表
u2	fields_count	1	字段数量
field_info	fields	fields_count	字段表表项
u2	methods_count	1	方法数量
method_info	methods	methods_count	方法表表项
u2	attributes_count	1	附加属性数量
attribute_info	attributes	attributes_count	附加属性表表项

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，这时称这一系列的某一类型的数据为某一类型的集合。

Class 的结构不像 XML 等描述语言，由于它没有任何分隔符号，所以上面表中的数据项，无论是顺序还是数量，甚至于数据存储的字节序（Byte Ordering，Class 文件中字节序为 Big-Endian）这样的细节，都是被严格限定的，哪个字节代表什么含义，长度是多少，先后顺序如何，都不允许改变。

Class 文件中的信息内容：

魔数
Class 文件版本
常量池
访问标志
类索引、父类索引、接口索引集合
字段表集合
方发表集合
属性表集合

Java 类：

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

通过 Binary Viewer 查看编译后的 Class 文件：

作者：殷建卫链接：https://www.yuque.com/yinjianwei/vyrvkf/ar30va 来源：殷建卫 - 架构笔记著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。