JVM之Class字节码解析

Class Format

类文件就是由以下两种类型组成的

u(n) 表示存放n个无符号字节

info 一种复杂结构由无符号和其他表项组成

class二进制流数据组成项

名称	类型	数量
magic(魔法数)	u4	1
minor_version(次版本)	u2	1
major_version(主版本)	u2	1
constant_pool_count(常量池的个数)	u2	1
constant_pool_info(常量池)	cp_info	constant_pool_count
access_flag	u2	1
this_class(当前类，常量池索引)	u2	1
super_class(父类)	u2	1
interface_count	u2	1
interfaces(class 常量索引)	u2	interface_count
field_count	u2	1
field	field_info	field_count
method_count	u2	1
method	method_info	method_count
attribute_count	u2	1
atrribute	attribute_info	attribute_count

可分为：无符号数+表，其中表也是由无符号数+其他表组合的，最终全部都是由无符号数组成的

Byte Ording （字节存储顺序）

在class是以8位一个字节为基础二进制流，紧凑排列。

Big-Endia (高位存放在低地址，低位存放在高地址) （注：TCP传输的字节顺序就采用大端方式，第一次接受到的就是高位字节）

Litte-Endia (高位存放在高地址，低位存放在低地址)

例如一个int类型(4个字节) 采用大端那么高位存放在前面，低位存放在后面

魔法数：

为了安全考虑，通过字节码前2个字节判断是不是为CAFEBABE 进而判断加载的就是类文件，不能通过文件名后缀来判断，因为后缀可以随意改动

版本号：

记录的是当前编译成字节码的jdk版本号，jvm支持向下兼容，1.8版本的jvm可以加载小于等于1.8版本编译的字节码。1.8对应于主版本52

常量池：常用的有14种常量类型，通过tag字段来区分

常量池主要存放字面常量和符号引用，字面常量；如final修饰的常量值、字符串

符号引用：类和接口的全限定名，字段名称和描述符，方法名称和描述符

UTF-8常量CONSTANT_Utf8_info：tag=1,采用utf-8缩略编码和普通编码区别： 如果在’\u0001’到’\u007f’之间的字符串(1-127的ASII码),从’\u0080’到’\u07ff’之间采用两个字节，从’\u0800’到’\uffff’之间采用三个字节

名称	类型	数量
tag	u1	1
length	u2	1
bytes	u1	length

CONSTANT_Integer_info

采用高位在前存储int值(Big-Endia 低位在高地址)

名称	类型	数量
tag	u1	1
bytes	u4	1

CONSTANT_Long_info

CONSTANT_Float_info

CONSTANT_Double_info

CONSTANT_Class_info

name_index为常量索引(第几个常量)，指向的就是CONSTANT_Utf8_info的常量 (类或接口的全限定名)

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1

CONSTANT_String_info

name_index为常量索引(第几个常量)，指向的就是CONSTANT_Utf8_info的常量 (字符串字面量索引)

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1

CONSTANT_Fieldref_info

存放的是那个类下的那个字段信息

name_index指向声明字段的类或接口CONSTANT_Class_info索引项

name_type_index 指向声明字段描述符CONSTANT_Name-AndType_info索引项

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1
name_type_index	u2	1

CONSTANT_Methodref_info

存放的是那个类下的方法信息，name_index 表示为class_info 类描述符索引项 name_type_index代表方法描述符索引项

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1
name_type_index	u2	1

CONSTANT_Interface-MethodRef_info

name_index 表示为方法接口的class_info 的索引项

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1
name_type_index	u2	1

CONSTANT_Name-AndType_info

name_index:指向该字段或方法名称常量项CONSTANT_Utf8_info索引

description_index:指向该字段或方法描述符常量项CONSTANT_Utf8_info索引

名称	类型	数量
tag	u1	1
name_index	u2	1
descriptor_index	u2	1

访问标志

修饰类的访问标志，ACC_PUBLIC(0x0001) 是否位public类型， ACC_FINAL 是否声明为final只有类可以设置，

ACC_ABSTRACT(0x0400) 是否为抽象类型，只有接口或抽象类为真

如果该类对应的标志位为真，那么就对应于标志值，其他就为0

access_flags 为 0x0001|0x0400 那么该类的访问标志为 public abstract

类索引、父类索引、接口索引集合

类索引和父类索引都是由u2类型的数据，指向的都是 CONSTANT_Class_info的索引项，然后其索引值就可以找到CONSTANT_Utf8_info类型的常量中的全限定名，而接口索引集合是一组u2类型的数据的集合。

类索引用来确定这个类的全限定名

父类索引用来确定父类的全限定名，除了Object类其他类都会有一个父类

接口索引集合，对于入口第一项—u2类型表示为该类实现(implements)或继承(extends)接口的数量，后面就是指向class_info索引项集合

字段表集合

与类中的access_flags项目非常类似

name_index 指向字面常量字符串索引，表示字段名称

descriptor_index 指向字面量常量字符串索引，表示字段描述符号(字段类型)

名称	类型	数量
access_flags	u2	1
name_index	u2	1
descriptor_index	u2	1
attributes_count	u2	1
attributes	attribute_info	attributes_count

描述符规则：
B: byte

Z: boolean

V: void

L: 对象类型 Ljava/lang/Object

[: 数组类型 [[Ljava/lang/String <> String[][] [I <> int[]

private int a 在class 字节码存储的就是 access_flags为 0x0002(private)

name_index为0x0005代表第五项常量是一个CONSTANT_Utf8_info类型字符串 值为m

descriptor_index为0x0006 代表第六项常量，指向常量池字符串为I

attributes_count为0 表示没有额外的属性描述信息

如果改成 final static int a = 3 那么就会存在一项名称为ConstantValue 属性其值指向常量3

注意：

字段表集合中不会列举超类或继承的接口中的字段，但是有可能会列举原本在java代码不存在的字段，例如在内部类中，为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。

在java语言中，字段不能重载，不管数据类型或修饰符号是否不同，都必须使用不同的名称

在jvm字节码中，只要两个字段描述符不同，重名是合法的

方法表集合

和字段表结构相同，只不过acces_flags增加了 ACC_SYNCHRONIZED ACC_ABSTRACT 去掉了 transient 和 volatile 标志位

其中方法里面的字节码存放在属性表中的Code属性里面

名称	类型	数量
access_flags	u2	1
name_index	u2	1
descriptor_index	u2	1
attributes_count	u2	1
attributes	attribute_info	attributes_count

如果父类方法没有在子类重写，方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息(但是会存在一个虚方法表，此表存放就是父类中所有方法和对应的入口地址，方便动态查找实际类型的方法(多态实现))，但是可能由编译器自动生成新的方法，例如 类构造器 和实例构造器 方法。

在java语言中，方法的重载，除了方法名相同外，要保证不同特征签名， 方法签名:方法的参数类型，位置和个数，返回值不会包含在方法签名。

在jvm字节码中，如果两个方法有相同名称和特征签名，但返回值不同，那么也可以合法共存于同个class文件中

属性表集合

Code属性表：

javac将源代码中的方法体代码编译成对应的字节码集存放到方法表中的Code属性表中，对于接口或抽象类中的抽象方法表就没有Code属性

max_stack 代表了操作数栈深度的最大值，例如 方法 A中调用方法B 然后方法B调用方法C那么 max_stack=3

max_local 代表局部变量所需存储空间，单位为Slot，对于byte short int float boolean char 和returnAddress每个局部变量占有一个Slot,而long double使用两个Slot存放

code_length和code用来存储java代码编译后生成的字节码指令， code_length代表字节码长度，code存放就是u1类型的字节码序列，一个u1类型取值范围0-255 表示256条指令，当虚拟机读取到字节码时，会到字节码指令对应关系表中 找到对应的指令。

code_length虽然为u4 能存放2的32次方-1个字节字节码，但是虚拟机限制了一个方法不能超过65535条字节码指令，否则javac编译不通过。

java程序代码信息分为代码(Code 方法体中java代码)和元数据(Metadata, 包括类、字段、方法定义以及其他信息 如常量池)两部分

有一篇对class 文件格式分析的很好的文章JVM字节码–Class文件格式