深入理解 JVM Class文件格式（一）

一、JVM体系结构

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二、class格式文件概述

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

三、class文件详细介绍

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

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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
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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
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 。