本文主要介绍了对JVM类文件结构的深入理解，并结合实例详细分析了类文件结构的相关概念、原理、结构、常用方法和属性。有需要的可以参考一下。

本文阐述了如何深入理解JVM的类文件结构。分享给你，供你参考，如下：

概述

通常在DOS界面下，我们需要先运行命令来运行javac。这个命令的直接结果就是生成相应的类文件，然后我们就可以实际运行基于这个类文件的程序来得到结果。大自然。这要归功于Java虚拟机，那么Java虚拟机真的只能编译吗？java源文件？答案是否定的，今天Java虚拟机已经实现了语言独立。语言独立的基础是虚拟机和字节码的存储格式，Java虚拟机不绑定任何语言包括Java语言。它只与特定的二进制文件相关联，如“类”文件。类文件包含Java虚拟机指令集、符号表和一些辅助信息。很容易想到Java(本质上不是Java语言本身的平台无关性，而是其底层Java虚拟机的平台无关性)。)，因为任何函数式语言都可以表示为Java虚拟机可以接受的有效类文件。比如除了Java虚拟机可以直接把Java源文件编译成类文件，使用JRuby等语言的编译器也可以把程序代码编译成类文件。因此，Java虚拟机不关心用什么语言编译类文件。

Class类文件结构

类文件是一组基于8个字节的二进制流，所有数据项在类文件中严格按照顺序排列，中间没有任何分隔符，这使得类文件中存储的内容几乎可以运行所有程序。根据Java虚拟机的规范，类文件格式使用类似C语言结构的伪结构存储数据，只有两种数据类型：无符号数和表。。

无符号数属于基本数据类型，主要可以用来描述按照UTF-8编码的数字、索引符号、量值或字符串值。大小用u1、u2、u4、u8表示，分别为1字节、2字节、4字节、8字节。

表是一种复合数据类型，由多个无符号数字或其他表作为数据项组成。所有表格都习惯以“_info”结尾。那这块表是干什么用的？表主要用于描述具有分层复合结构的数据，如方法和字段。注意，类文件是没有分隔符的，所以每个的二进制数据类型都有严格的定义。具体顺序定义如下：

类文件主要分为幻数、类文件版本号、常量池、访问标志、类索引(包括父类索引和接口索引集)、字段表集、方法表集和属性表集。

魔数与Class文件版本号

前四个字节是幻数，幻数的唯一作用是确定这个类文件是否是Java虚拟机接受的类文件。比如gif和jpeg，在文件头里有魔力。基于安全考虑的——分机可以用魔术代替分机随意更改。类文件的魔值是“0xCAFEBABE”(咖啡宝贝？)。

幻数的后四个字节是类文件的版本号：版本号分为次版本号和主版本号。前两个字节用于指示次版本号，后两个字节用于指示主版本号。这个版本号表示不同jdk版本的不同版本范围。如果类文件的版本号超过虚拟机版本，将被拒绝。

常量池

常量池可以简单理解为类文件的资源从库。该数据类型是类文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用类文件空间最大的项目之一。字面量和符号引用主要存放在常量池中。字面量接近Java语言中的常量概念，如文本字符串、声明为final的常量值等。(百度百科解释字面量是由双引用号引用的一系列字符)。符号主要包括三种类型的常数：

和类接口的完全限定名。

的字段名和描述符

方法的名称和描述符。

符号引用与直接引用的关联

参考是用来描述参考目标的一组符号。符号是任何形式的文字量。对Java虚拟机的符号引用没有严格的限制。要求只有在需要使用时才能明确定位目标。常量池存在于类文件中，类文件首先要通过Java虚拟机的类加载机制(具体来说就是方法区的内存区)加载到内存中。回想一下，方法区主要存储对象的实例，这个类文件是虚拟机接收外部访问的接口)。符号引用属于常量池的内容，那么是否意味着符号引用的目标已经加载到内存中？答案是否定的，因为符号引用与虚拟机的内存布局无关，符号引用的目标并不一定已经加载到内存中了。

直接引用可以是直接指向引用目标的指针、相对偏移量或可以间接定位到目标的句柄。直接引用与虚拟机的内存布局有关，同一符号引用在不同虚拟机上翻译出来的直接引用一般是不一样的。如果有了直接引用，那么引用的目标必定是存在内存中的。

常量池中的每一个常量都是一个表，jdk1.7中有14个常量类型，所以常量池中的项对应14个表，而这14个表的每一个类型都是不同的。但是有一个共同的特点：表格开头的第一位是u1类型的标志位，表示这个常量属于哪种类型。

需要注意的是，在类文件中，方法和字段需要引用CONSTANT-Utf8_info类型的常量，所以这类常量的长度是有一定限制的，也就是Java中方法和字段的最大长度。在CONSTANT-Utf8_info中，其length的值u2，说明Java虚拟机只能编译最大大约64KB的变量或者方法名。超过的话将不会进行编译。

访问标志

常量池后的数据结构是访问标志(access_flags)，主要用来标识一些类或接口的访问信息，包括：这个类是否是类或接口，是否定义了public，是否定义了抽象类型；如果是类，是否声明为final等。具体的logo访问如下：

类索引、父类索引和接口索引集合

该数据项主要用于确定该类的继承关系。

类索引和父索引都是u2类型的数据，接口索引集是一组u2类型的数据。因为Java不允许多重继承，父类索引是唯一的，但是一个类可以实现多个接口，所以得到的接口索引是一个集合，表示这个类实现了哪些接口。

字段表集合

字段用于描述接口或类中声明的变量。

包括字段类级变量和实例级变量，但不包括方法内部声明的局部变量(这些变量存储在Java虚拟机堆栈中的局部变量表中)。自然，描述一个字段的信息包括：字段的作用域(public，protected，private)，实例变量是否是静态的，可变性(final)，并发可见性(volatile)，是否可以序列化(transient)，字段数据类型(基本数据类型，对象，数组)，字段名。的字段信息也存储在表中，其字段表包括三种类型：

键入u2访问标志(access_flags)，其访问标志在access_flags中。

u2类型的name_index(字段的简单名称)

类型u2描述符(描述符_索引)

上面的简单名，上面的完全限定名，和这里的描述符有什么区别？完全限定名很好理解，就是类的完整路径信息。简单名称是指没有类型和参数修改的方法或字段的名称。例如，一种方法如下：

public void inc(int a，int b){

system . out . println(a b)；

}

那么这个方法的简单名字就是Inc。

和上面两个相比，描述符相对复杂一些。描述符的主要作用是描述字段的数据类型、方法的参数列表和返回值。我们熟悉的Void，在类文件中用V表示。以下是完整描述符标记的含义：

对于数组类型，每个维度由前导“[”字符描述。如果是二维数组，那么有两个“[”符号。例如，“java.lang.String[][]”将被记录为“[ljava . lang . string；”

对于方法，在县参数列表之后按照返回值的顺序进行描述。例如，方法int Inc (int a，int [] b，char [] [] c，int d)的描述符是“(i [i [[ci] i”)。

方法表集合

JVM中堆方法表的描述与字段表一致，包括访问标志、名称索引、描述符索引和属性表集。表的结构与字段表相同，但区别在于访问标志不同。volatile和transient关键字不能在方法中使用，因此这两个标志不能在方法表中使用。不能在字段中使用的访问标志被添加到方法中。例如，方法可以用synchronized、native、strictfp和abstract关键字来修饰，因此相应的访问标志被添加到方法表中。

请注意，如果父类方法没有在子类中被重写，则父类的方法信息不会自动出现在方法中。同样，也可以添加由编译器自动添加的方法，比如方法。

属性表集合

前面的类文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性信息，这些信息是用属性表来描述的，用来描述一些场景特有的信息。与属性表中的类文件相似，对数据项的类型和顺序没有严格的要求。只要新属性不与现有属性名称重复，任何人都可以将自己定义的属性信息写入属性表。

Code属性

Java方法体中的代码由javac编译，最终编译的字节码指令保存在Code属性中。然而，并不是所有的方法表都必须有这个属性。Code属性是Class文件中最重要的一个属性，如果把一个Java程序中的信息分为代码（Code）和元数据（Metadata，包括类、字段、方法定义及其其他信息）两部分，那么在整个Class文件中，Code属性用于描述代码，所有其他的数据项目都用于描述元数据。

Exceptions属性

该属性的作用是列出方法中可能抛出的已检查异常，即描述抛出后列出的异常。

LineNumberTable属性

主要用来描述Java源代码行号和字节码行号的对应关系。这个属性也不是必需的。如果没有这个属性，对程序的直接影响就是抛出异常时无法显示对应的行号；而调试时设置断点的方式就是调试程序。

LocalVariableTable属性

用于描述堆栈框架中局部变量表中的变量与Java源代码中定义的变量之间的关系。它也不是必需的属性。如果没有这个属性，直接的影响就是当别人引用这个方法时，所有的参数名都会丢失，IDE会使用args0、args1等参数进行显示。自然，在调试程序时，显示的参数名是未知的。

SourceFile属性

用于记录该类文件的源文件的名称。如果不使用此属性，则在引发异常时，堆栈中不会显示错误代码的文件名。

ConstantValue属性

该功能是通知虚拟机自动为静态变量赋值。注意，这个属性(类变量)只能由static关键字修改的amount变量使用。对于非类变量，初始化在方法中完成；对于类变量，可以选择两种方式初始化变量：一种是在类构造函数方法中使用；第二个是ConstantValue属性。目前Sun Hotspot的选择原则是：如果一个变量同时用static和final关键字修饰，且该变量是基本数据类型或java.lang.String类型，则用ConstantValue属性初始化。如果它不是由final修饰的或者不是基本数据类型，则该方法将用于初始化。

InnerClass属性

该属性主要用于记录内部类和宿主类之间的关系。

Deprecated以及Synthetic属性

这两个属性都属于标志类型的布尔属性，两者只有区别。

Deprecated属性用于指示一个类、字段或方法，该类、字段或方法已被程序作者弃用，可通过注释@deprecated实现。

Synthetic属性表示该字段不是由Java源代码生成的，而是由编译器自己添加的。

StackMapTable属性

此属性的目的是取代以前的基于数据流分析的类型派生验证器，后者比较消费性能。

Signature属性

这个属性是专门用来记录泛型类型的，因为Java语言采用的是erasure实现的泛型，在字节码(Code属性)中，泛型信息会在编译后被擦除。擦除法的优点是可以节省泛型占用的内存空间，缺点是运行时无法通过反射获取泛型信息，而Signature属性弥补了这一缺陷。由于这个属性，现在Java反射API已经能够获得通用信息。

BootstrapMethods属性

此属性用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。此指令用于在运行时动态解析调用点限定符引用的方法，并执行该方法。

涉及

1.周志明，深入理解Java虚拟机：JVM的高级特性和最佳实践，机械工业出版社。

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希望这篇文章对大家的java编程有所帮助。

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