Java 提供了一種可以在所有平臺上都能使用的一種中間代碼---字節(jié)碼文件(.class文件)。有了字節(jié)碼，無論是那個平臺只要安裝了虛擬機都可以直接運行字節(jié)碼文件。有了虛擬機，解除了 java 虛擬機與 java 代碼之間的耦合。

Java 虛擬機當(dāng)初被設(shè)計出來時就不單單只運行 java 這一種語言，目前 java 虛擬機已經(jīng)可以支持很多除 java 語言以外的其它語言了，比如 Groovy, JRuby, json, skilla等。之所以可以支持其它語言，是因為這些語言經(jīng)過編譯之后，也可以生成能夠被 JVM 解析并執(zhí)行的字節(jié)碼文件。而虛擬機并不關(guān)心字節(jié)碼是由哪一種語言編譯而來，如下圖所示：

class 文件

從縱觀的角度看，class 文件里只有兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：無符號數(shù)和表。

?無符號數(shù)：屬于基本的數(shù)據(jù)類型。以 u1，u2，u4，u8來分別代表 1 個字節(jié)、2個字節(jié)、4個字節(jié)和8個字節(jié)的無符號數(shù)。無符號數(shù)可以用來描述數(shù)字、索引引用，數(shù)量值或者字符串（UTF-8編碼）。

?表：表由多個無符號數(shù)或者其它表作為數(shù)據(jù)項構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。class 文件中所有的表都以“_info”結(jié)尾。整個 class 文件本質(zhì)上就是一張表。

表和無符號數(shù)之間的關(guān)心

class 文件結(jié)構(gòu)

無符號數(shù)和表組成了 class 中的各個結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)按照預(yù)先規(guī)定好的順序緊密的從前向后排列，相鄰的項之間沒有任何間隙。當(dāng) JVM 加載某個 class 文件時，JVM 就是根據(jù)上圖中的結(jié)構(gòu)去解析 class 文件。加載 class 文件到內(nèi)存中，并在內(nèi)存中分配相應(yīng)的內(nèi)存空間，具體某種結(jié)構(gòu)需要占用多大的空間，可以參考如下圖：

實例解析：

把 test.java 編譯成 test.class 文件。用十六進制編輯器打開 .class 文件（可以用在線的編輯器 HexD.it）。

package software_test;import java.io.Serializable;public class test implements Serializable, Cloneable {private int num = 1;public int add(int i) {int j = 10;num = num + i + j;return num;}}

打開 test.class 文件的內(nèi)容

1. 魔數(shù)(magic number)

在 class 文件開頭的四個字節(jié)是 class 文件的魔數(shù)，它是一個固定的值--0XCAFEBABE。魔數(shù)是 class 文件的標(biāo)志，它是判斷一個文件是不是 class 格式文件的標(biāo)準(zhǔn)。

2. 版本號

前兩個字節(jié) 0000代表次版本號（minor_version)，后兩個字節(jié) 0034 是主版本號（major_version)，對應(yīng)的十進制值為52，當(dāng)前 class 文件的主版本號為52，次版本號為0，所以綜合版本號是52.0，也就是 jdk1.8.0。

3. 常量池

緊跟在版本號之后的是一個叫做常量池的表（cp_info)。在常量池中保存了類的各種相關(guān)信息，比如類的名稱、父類的名稱、類中的方法名、參數(shù)名稱、參數(shù)類型等。

常量池中的每一項都是一個表，其項目類型共有14種。常量池中的每一項都會有一個 u1 大小的 tag 值，是表的標(biāo)識。

JVM 解析 class 文件時，通過 tag 值來判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是哪一個表。例如，CONSTANT_Class_info 表：

tag：占用一個字節(jié)大小，值為為7，說明是?CONSTANT_Class_info 類型表。

name_index：是一個索引值，可以將它理解為一個指針，指向常量池中索引為 name_index 的常量表。比如 name_index = 7，則它指向常量池中第7個常量表（表與表之間是有關(guān)聯(lián)的）。

再例如 CONSTANT_Utf8_info 表：

tag：值為1，表示是 CONSTANT_Utf8_info類型表。

length：表示 u1[]的長度，比如length = 5，則表示接下來的數(shù)據(jù)是 5 個連續(xù)的u1類型數(shù)據(jù)。

bytes： u1 類型數(shù)組，長度為上面第2個參數(shù) length 的值。

面試題：Java 源文件中 String 字符串的長度?有限制嗎？

有（字符串存儲在Class文件的常量池中）。在 Java 代碼中聲明的 String 字符串最終在 class 文件中的存儲格式是 CONSTANT_utf8_info因此一個字符串最大長度也就是 u2 所能代表的最大值 65536（2^16） 個，但是需要使用2個來保存null值，因此一個字符串的最大長度為 65536 - 2 = 65534。

class 文件在常量池的前面使用2個字節(jié)的容量計數(shù)器，用來代表當(dāng)前類中常量池的大小。

001D 轉(zhuǎn)化為十進制為29，即常量計數(shù)器的值為29。其中下標(biāo)為0的常量被 JVM 留作其他特殊用途，因此 Test.class 中時間的常量池大小為這個計數(shù)器的值減1，也就是28個。

第一個常量：

0A 轉(zhuǎn)化為十進制為10，通過查看常量池14種表格圖，可以查到 tag=10的表類型為 CONSTANT_Methodref_info，因此常量池中的第一個常量類型為類的方法引用表。其結(jié)構(gòu)如下：

也就是說，0A之后的兩個直接是指向該方法所屬類，再緊跟的兩個字節(jié)指向此方法的名稱和類型。

0006：十進制為6，表示指向常量池中的第6個常量；

000F：十進制為15，表示指向常量池中的第 15 個常量。

至此，第一個常量解讀完畢！

第二個常量：

09轉(zhuǎn)化為十進制為9，即tag = 9，表示是字段引用表 CONSTANT_Fieldref_info，其結(jié)構(gòu)如下：

同理，

0010：指向常量池中第 16 個常量，0011指向常量池中第17個常量。

至此，我們已經(jīng)解析了常量池中的2個常量，剩下的26個常量也是如此。

4. 訪問標(biāo)志

緊跟在常量池之后的常量是訪問標(biāo)志，占用兩個字節(jié)。訪問標(biāo)志代表類或者接口的訪問信息。比如：該 class 文件是類還是接口，是否被定義成 public，是否是 abstract，如果是類，是否被聲明成 final 等。各種訪問標(biāo)志如下圖所示：

我們定義的 test.java 是一個普通 Java 類，不是接口、枚舉或注解，并且被 public 修飾但沒有被聲明為 final 和 abstract，因此它所對應(yīng)的 access_flags 為 0021（0X0001 和 0X0020相結(jié)合）。

5. 類索引、父類索引和接口索引計時器

訪問標(biāo)志后的2個字節(jié)就是類索引，類索引后的2個字節(jié)就是父類索引，父類索引后的2個字節(jié)則是接口索引計數(shù)器。如下圖所示：

?綜上所述，我們可以得出當(dāng)前類為 Test繼承自 Object 類，并實現(xiàn)了 “Serializable”和“Cloneable”這兩個接口。?

6. 字段表

緊跟在接口索引集合后面的就是字段表，字段表的主要功能是用來描述類或者接口中聲明的變量。這里的字段包含了類級別變量以及實例變量，但不包含方法中的局部變量。其具體結(jié)構(gòu)如下：

字段訪問標(biāo)志

其中，第7和8個常量就 num 和 i。因此可以得出，類中有一個為num，類型為 int? 的變量。

7. 方法表

字段之后跟著的就是方法表常量，方法表常量應(yīng)該也是以一個計數(shù)器開始的，因為一個類中的方法數(shù)量是不固定的。

上圖表示 test.class中有兩個方法，但是我們只在 test.java 中聲明了一個 add 方法，因為默認(rèn)構(gòu)造器方法也被包含在方法表常量中。方法表結(jié)構(gòu)如下：

訪問標(biāo)志

8. 屬性表

在之前解析字段和方法的時候，在它們的具體結(jié)構(gòu)中，都能看到有一個叫做 attributes_info 的表，這就是屬性表。屬性表沒有一個固定結(jié)構(gòu)，各種不同的屬性只要滿足以下結(jié)構(gòu)即可：

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