值得强调的是，Java虚拟机并不是Java语言所独自占有的，虚拟机不关心来源是何种语言。只要输入规范的统一的程序存储格式——字节码文件，就能产生需要的效果

Class类文件结构

首先把干货罗列出来

Class类文件是一种“高效率”的结构

Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，数据项目严格按照顺序紧密排列，Class文件中几乎所有内容都是程序运行必要的数据，没有空隙。

Class文件按照顺序，大致分为

魔数（4字节）
版本号（5，6字节）
常量池-访问标志（access_flags）
类索引、父索引、接口索引集合
字段表集合
方法表集合
属性表集合

Class文件采用类似C语言结构体的伪结构，只存储无符号数据，或无符号数据组成的集合——表

无符号数可以描述数字、引用、数量值或按照UTF-8编码构成的字符串值，u1,u2,u3,u8分别代表1，2，4，8个字节的无符号数
表由多个无符号数或者其他表构成的一种复合数据类型，以“_info”结尾，Class文件为一张表

类型	名称	中文名称	数量
u4	magic	魔数	1
u2	minor_version	次版本号	1
u2	major_version	主版本号	1
u2	constant_pool_count	常量池容量计数值	1
cp_info	constant_pool	常量池	constant_pool_count-1
u2	access_flags	访问标志	1
u2	this_class	类索引	1
u2	super_class	父类索引	1
u2	interfaces_count	接口数量	1
u2	interfaces	接口	interface_count
u2	fields_count	字段数量	1
field_info	fields	字段	fields_count
u2	methods_count	方法数量	1
method_info	methods	方法	methods_count
u2	attributes_count	属性数量	1
attribute_info	attributes	属性	attributes_count

到这里，很容易迷茫，这里我作出一张更为详细的表格方便理解

在阅读这个表格前，希望各位回忆一下Java对象的基本组成

public class MyClass extends Father implements Boy,Girl{
    
    
    private String name;
    public int age;
    public void speak(){
    
    }
}

Class文件是高效率存储程序信息的文件，一字不多、一字不少的存储了一个类

从下面的表中，你可以清晰的看到类的各个部分。

请先对该部分有一个印象，再继续阅读。

类文件结构

Class类文件的结构就是这样，下面详细的说说各个部分。

个人感觉后面的内容比较枯燥，使用生动的例子反而不是很清晰，若只是希望有一个了解，阅读至此，已经足以，若要对各个项目详细窥探，ways are yours

1、魔数与Class文件版本

打开你的Class文件，会发现开头为cafe,这就是魔数，0xCAFEBABE，这是Class文件的标识符

紧跟魔数的4个字节，为Class文件的版本号

JDK不能执行高于本版本的字节码文件，即使文件未变化，虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件。

2、常量池

位置：主次版本号之后。

Class文件中的资源仓库，在Class文件中与其他项目关联最多（其他项目需要常量才能正确表达），占用了Class文件空间最大的数据项目之一

表类型数据项目
入口为一个计数值，从1开始而不是从0开始
当某个项目“不引用任何一个常量池项目”时，指向0

主要存放

字面量：接近常量，文本字符串、声明为final的常量值等等。
符号引用：各种
- 类和接口的全限定名
- 字段的名称和描述符
- 方法的名称和描述符

Java在编译时没有“连接”的步骤，Java通过在虚拟机加载Class文件时进行动态连接。Class文件中不会保存各个方法、字段的内存布局信息，不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，无法被虚拟机使用。笔者认为这是Java的方法脱离了类，就不能使用的来源。

常量池中的每一项都是表类型（复合类型）

其中的项目开头第一位是一个u1类型（4位无符号数）的标志位（tag，取值如下）代表当前的常量类型。（JDK1.7前为11种，1.7后增加了三种）

类型	标志	描述
CONSTANT_Utf8_info	1	UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整型字面量
CONSTANT_Float_info	4	浮点型字面量
CONSTANT_Long_info	5	长整型字面量
CONSTANT_Double_info	6	双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class_info	7	类或接口的符号引用
CONSTANT_String_info	8	字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref_info	9	字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info	10	类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的部分符合或引用
CONSTANT_MethodHandle_info	15	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	16	标识方法类型
CONSTANT_InvokeDynamic_info	18	标识一个动态方法调用点

其中CONSTANT_Utf8_info类型

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

由于Class文件中方法、字段等都引用CONSTANT_Utf8_info型常量来描述，所以CONSTANT_Utf8_info的最大长度就是Java中方法、字段名的最大长度。即length的最大值，u2类型的最大值65535。所以超过64KB英文字符的变量或方法名，将无法编译。

3、访问标志

位置：常量池后紧接的两个字节

用于识别一些类或者接口层次的访问信息。

该Class类还是接口
是否定义为public
是否定义为abstract类型
是类的情况下，是否被定义为final

可以使用16个标志位，目前使用了8个

4、类索引、父类索引与接口索引集合

类索引和父类索引为u2类型，接口为一组u2类型数据的集合

这三项数据确定了该类的继承关系。

Object类的父类索引为0.

接口集合包括一个接口计数器，后接接口值的索引（真实值存储在常量池）

5、字段表集合

用于描述声明的变量。

字段表的结构为访问标志、名称的索引、参数信息构成的集合，不在详细的描述

值得一提的是，字段在类文件中，以简单名称进行储存（与全限定名相对，另外全限定名在存储时，点替换为斜杠）

虚拟机提供了描述标识符类型的标识字符

若字段是一个数组类型，在每一个维度前将放置一个“[”进行标识

如java.lang.Stringp[][]将记录为“[[Ljava/lang/String;”

另外，Java中，字段的名字不能重复，而对于字节码，若名字相同，类型描述符不同，则是合法的

6、方法表集合

方法表与字段表极为类似，

不过需要注意的是：方法表中只记录了方法的定义信息，而方法体存放在属性表中一个名为“Code”的属性中。

在Java中，重载（Overload，就是名字相同的那种）一个方法，除了相同的简单名称，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名（Java中为方法名称、参数顺序、参数类型）。

因为在字节码文件中，特征签名多了方法的返回值以及受查异常表，所以在字节码中，重载的范围更宽了一些。

7、属性表集合

属性表的限制稍微宽松，不再严格要求各个项目的顺序，并且只要不与已知属性名重复，都可以写入自己定义的属性信息，Java虚拟机运行时会忽略不认识的属性。

下面给出预定义的一些属性表

在这里插入图片描述

其中，我们大致提出一些主要的属性

Code属性

Java程序的方法体经过Javac编译器处理后，最终转换为字节码存储在Code属性中，Code属性出现在方法表中的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须有这个属性，比如接口和抽象类中的方法，就不存在Code属性，如果方法表有Code属性存在，那么他的结构如下

其中，

第一个u2 attriibute_name_index，指向了常量池中的一个utf8类型常量的索引，此常量固定值为Code
attribute_length表示了属性值的长度。
max_stack代表了操作数栈深度的最大值，在方法执行的任意时刻，操作数栈都不会超过这个深度，虚拟机在运行时根据这个值来分配栈帧中的操作树栈深度。
max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。
- 在这里，max_locals的单位是槽(slot)，变量槽是虚拟机为局部变量分配内存的最小单位，对于byte、char、float、int、short、boolean和returnAddress等长度不超过32位的数据类型，每个局部变量占用一个变量槽，而double和long这种64位的数据类型则需要两个变量槽。
- 方法参数（包括实例方法中隐含的this）、显示异常处理程序的参数（在catch中定义的异常值）、方法体中定义的局部变量都依赖局部变量表来存放。
- 但是要注意，并不是方法中有多少个局部变量，就把这些局部变量表所占空间之和作为max_locals的值，操作数栈和局部变量表决定了一个方法的栈帧大小，不必要的数量会导致内存的浪费。
- Java虚拟机的做法是将局部变量表的局部变量池进行重用，当代码执行超过一个局部变量的作用域时，这个局部变量所占用的局部变量槽可以被其他局部变量使用，javac编译器会根据变量的作用域来分配变量槽来给各个变量使用，然后根据同时生存的最大局部变量数和类型来计算出max_locals的大小。
code_length和code用来存储Java源程序编译后产生的字节码指令，code_length代表字节码长度，code是用于存储字节码指令的一系列字节流。虽然code_length是一个u4类型的长度值，也就是理论上可以达到2的32次幂，但是根据java虚拟机规范，一个方法不允许超过65535条字节码指令，即实际值使用到了u2的长度。

在字节码指令之后的是显式异常处理表，异常表对于Code属性来说并不是必须存在的。其结构如图

字段的含义为，当字节码从start_pc行到end_pc行之间出现了类型为catch_type或者其子类的异常时，则转到第handler_pc行继续处理。当catch_type的值为0时，代表任意异常情况都需要转到handler_pc行进行处理。

Exceptions属性

这个Exceptions属性是方法表中与Code属性同级的一项属性。作用是列举一个方法可能抛出的受检查异常（Checked Exceptions），也就是方法描述时，throws关键字后面列举的异常，其结构如下图

其中exception_index_table指向了常量池中CONSTANT_Class_info的索引。

LineNumberTable属性

LineNumberTable属性是用于描述Java源代码行号和字节码行号之间关系的。他不是运行时必须的，可以通过javac的参数 -g参数进行取消或生成。如果取消这个属性，最大的影响就是在运行时抛出的异常不会包含报错行号，在调试程序时也无法根据源码行号来设置断点。

LocalVariableTable和LocalVariableTypeTable属性

LocalVariableTable属性是用来描述栈帧中局部变量表的变量与java源码中定义的变量之间的关系，也不是运行时必须的属性，如果不生成，最大的影响是对IDE工具调试时无法根据参数名从上下文中获取参数值。

在JDK5引入泛型后，LocalVariableTable属性增加了一个姐妹属性，LocalVariableTypeTable，其结构与LocalVariableTable很相似，仅仅是把描述字段的字段描述符替换成了字段的特征签名。由于描述符中泛型参数化类型被擦除，描述符不能准确描述泛型类型了，因此出现了LocalVariableTypeTable属性，使用特征签名来完成泛型的描述

还不懂类文件结构？看看这篇文章