深入理解 JVM Class文件格式（一）

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-02-17 10:55 308阅读 0赞

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## 一、JVM体系结构 ##

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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## 二、class格式文件概述 ##

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class文件是一种8位字节的二进制流文件， 各个数据项按顺序紧密的从前向后排列， 相邻的项之间没有间隙， 这样可以使得class文件非常紧凑， 体积轻巧， 可以被JVM快速的加载至内存， 并且占据较少的内存空间。 我们的Java源文件， 在被编译之后， 每个类（或者接口）都单独占据一个class文件， 并且类中的所有信息都会在class文件中有相应的描述， 由于class文件很灵活， 它甚至比Java源文件有着更强的描述能力。

class文件中的信息是一项一项排列的， 每项数据都有它的固定长度， 有的占一个字节， 有的占两个字节， 还有的占四个字节或8个字节， 数据项的不同长度分别用**u1, u2, u4, u8**表示， 分别表示一种数据项在class文件中占据**一个字节， 两个字节， 4个字节和8个字节**。 可以把u1, u2, u3, u4看做class文件数据项的“类型” 。

![class文件格式][class]

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## 三、class文件详细介绍 ##

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**3.1 魔数**

在class文件开头的四个字节， 存放着class文件的魔数， 这个魔数是class文件的标志，他是一个固定的值： 0XCAFEBABE 。 也就是说他是判断一个文件是不是class格式的文件的标准， 如果开头四个字节不是0XCAFEBABE， 那么就说明它不是class文件， 不能被JVM识别。

下面是一个class文件的二进制形式

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**3.2 主版本号和次版本号**

紧接着魔数的四个字节是class文件的次版本号和主版本号。 随着Java的发展， class文件的格式也会做相应的变动。 版本号标志着class文件在什么时候， 加入或改变了哪些特性。 举例来说， 不同版本的javac编译器编译的class文件， 版本号可能不同， 而不同版本的JVM能识别的class文件的版本号也可能不同， **一般情况下， 高版本的JVM能识别低版本的javac编译器编译的class文件， 而低版本的JVM不能识别高版本的javac编译器编译的class文件**。 如果使用低版本的JVM执行高版本的class文件， JVM会抛出java.lang.UnsupportedClassVersionError。

如下图，0034为主版本号，对应的十进制数为：50，查看下面图，可知50对应的是JDK1.6，也就是说该class文件可被JDK1.6以上的虚拟机执行  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**3.3 class文件中的常量池**

在class文件中， 位于版本号后面的就是常量池相关的数据项。 常量池是class文件中的一项非常重要的数据。 常量池中存放了文字字符串， 常量值， 当前类的类名， 字段名， 方法名， 各个字段和方法的描述符， 对当前类的字段和方法的引用信息， 当前类中对其他类的引用信息等等。 常量池中几乎包含类中的所有信息的描述， class文件中的很多其他部分都是对常量池中的数据项的引用，比如后面要讲到的this\_class, super\_class, field\_info, attribute\_info等， 另外字节码指令中也存在对常量池的引用， 这个对常量池的引用当做字节码指令的一个操作数。 此外， 常量池中各个项也会相互引用。

class文件中的项constant\_pool\_count的值为1, 说明每个类都只有一个常量池。 常量池中的数据也是一项一项的， 没有间隙的依次排放。常量池中各个数据项通过索引来访问， 有点类似于数组， 只不过常量池中的第一项的索引为1, 而不为0, 如果class文件中的其他地方引用了索引为0的常量池项， 就说明它不引用任何常量池项。class文件中的每一种数据项都有自己的类型， 相同的道理，常量池中的每一种数据项也有自己的类型。 常量池中的数据项的类型如下表：

![常量池数据项][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
每个数据项叫做一个XXX\_info项， 比如， 一个常量池中一个CONSTANT\_Utf8类型的项， 就是一个CONSTANT\_Utf8\_info 。除此之外， 每个info项中都有一个标志值（tag）， 这个标志值表明了这个常量池中的info项的类型是什么， 从上面的表格中可以看出， 一个CONSTANT\_Utf8\_info中的tag值为1， 而一个CONSTANT\_Fieldref\_info中的tag值为9 。

**[JVM常量池中各数据项类型详解，传送门][JVM]**

Java程序是动态链接的， 在动态链接的实现中， 常量池扮演者举足轻重的角色。 除了存放一些字面量之外， 常量池中还存放着以下几种符号引用：

（1） 类和接口的全限定名

（2） 字段的名称和描述符

（3） 方法的名称和描述符

在详细讲解常量池中的各个数据项之前， 我们有必要先了解一下class文件中的特殊字符串， 因为在常量池中， 特殊字符串大量的出现，这些特殊字符串就是上面说的全限定名和描述符。 要理解常量池中的各个数据项， 必须先了解这些特殊字符串。

**class文件中的特殊字符串**

[class文件中的特殊字符串介绍见这里，传送门][class 1]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220217/62874e2c0ac146ee8cdeb939f53a1f75.png
[class]: /images/20220217/8095bb77f6d340c78f388a7c847dc059.png
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[JVM]: https://blog.csdn.net/zhaohong_bo/article/details/89402618
[class 1]: https://blog.csdn.net/zhaohong_bo/article/details/89401575