文章目录
- [第6章 类文件结构](#第6章 类文件结构)
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- [6.0 个人感悟](#6.0 个人感悟)
- [6.1 概述](#6.1 概述)
- [6.2 无关性的基石](#6.2 无关性的基石)
- [6.3 Class类文件的结构](#6.3 Class类文件的结构)
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- [6.3.1 魔数与版本号](#6.3.1 魔数与版本号)
- [6.3.2 常量池](#6.3.2 常量池)
- [6.3.3 访问标志](#6.3.3 访问标志)
- [6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合](#6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合)
- [6.3.5 字段表集合](#6.3.5 字段表集合)
- [6.3.6 方法表集合](#6.3.6 方法表集合)
- [6.3.7 属性表集合](#6.3.7 属性表集合)
代码编译的结果从本地机器码转变为字节码，是存储格式发展的一小步，却是编程语言进步的一大步。 --- 《深入理解Java虚拟机》第3版 周志明
第6章 类文件结构
6.0 个人感悟
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Class文件的巧妙设计：
软件工程中有句经典的话：任何问题都可以通过增加一个中间层来解决。字节码文件就是硬件和高级语言之间的那个中间层。
- 开发人员：只用关注语言使用，各种语法、语法糖,不用关注到底怎么执行
- 编译部署：平台无关，字节码可以通过JVM到处运行
- JVM：语言无关，无论哪种语言，符合class格式就认
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向后兼容性的好处：
时至今日，Class文件格式虽然多次更新，但基本只是在原有结构基础上新增内容、扩充功能，并未对已定义的内容做修改。这种设计保证了Java技术一直保持良好的向后兼容性。
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实践建议：
如果本章内容感觉抽象，建议动手尝试：
- 使用
javap -verbose YourClass.class反编译，对照本章结构理解 - 用十六进制编辑器直接打开
.class文件，逐字节解读 - 尝试编写一个简单的Class文件解析程序，加深对格式的理解
- 使用
6.1 概述
本章围绕一个核心问题展开：
- A: Java源代码（.java文件）经过编译后，究竟变成了什么？
Q: 答案就是Class文件（也叫字节码文件）。虚拟机并不关心这个Class文件是从哪种语言编译来的,它只认这个统一的二进制格式。
6.2 无关性的基石
平台无关性 :
"一次编写，到处运行"（Write Once, Run Anywhere）是Java诞生之初的口号。这个理想最终实现在操作系统应用层上：各种不同平台的Java虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码，从而实现了程序的跨平台运行。这里的字节码就是构成平台无关性的基石。
语言无关性:
JVM只认Class文件，不管它是Java编译来的，还是Kotlin、Scala编译来的。
6.3 Class类文件的结构
整体特点 ：
Class文件是以8字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按顺序紧凑排列，中间没有任何分隔符。当遇到需要占用8个字节以上空间的数据项时，按照高位在前（大端模式）的方式分割成若干个8字节进行存储。Class文件格式采用类似于C语言结构体的伪结构来存储数据。
两种数据类型：无符号数和表
- 无符号数：基本数据类型，用u1、u2、u4、u8分别代表1、2、4、8个字节的无符号数，可描述数字、索引引用、数量值或UTF-8字符串
- 表 ：由多个无符号数或其他表构成的复合数据类型，所有表命名都以"_info"结尾（如cp_info、field_info、method_info等）。整个Class文件本质上也可看作一张表。
当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，Class文件格式会使用"前置容量计数器 + 若干个连续数据项"的形式，称为"集合"
ClassFile结构体总览 ：
根据《Java虚拟机规范》，Class文件的格式严格限定如下表所示
| 类型 | 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| u4 | magic | 1 | 魔数 |
| u2 | minor_version | 1 | 次版本号 |
| u2 | major_version | 1 | 主版本号 |
| u2 | constant_pool_count | 1 | 常量池计数器 |
| cp_info | constant_pool[constant_pool_count-1] | N | 常量池 |
| u2 | access_flags | 1 | 访问标志 |
| u2 | this_class | 1 | 类索引 |
| u2 | super_class | 1 | 父类索引 |
| u2 | interfaces_count | 1 | 接口计数器 |
| u2 | interfaces[interfaces_count] | N | 接口索引集合 |
| u2 | fields_count | 1 | 字段计数器 |
| field_info | fields[fields_count] | N | 字段表集合 |
| u2 | methods_count | 1 | 方法计数器 |
| method_info | methods[methods_count] | N | 方法表集合 |
| u2 | attributes_count | 1 | 属性计数器 |
| attribute_info | attributes[attributes_count] | N | 属性表集合 |
6.3.1 魔数与版本号
魔数 ：
头4个字节，固定值 0xCAFEBABE（咖啡宝贝），用于确定文件是否为合法的Class文件。使用魔数而非扩展名是出于安全考虑。
版本号 ：
紧接着的4个字节，第5、6为次版本号，第7、8为主版本号
- 高版本JDK能向下兼容以前版本的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件
- JDK 8 → 主版本号 52（0x0034），JDK 11 → 55（0x0037）
- JDK 12之后，次版本号为65535时表示"技术预览版"功能
6.3.2 常量池
常量池是Class文件中与其他项目关联最多的数据，也是第一个出现的表类型数据项目，可理解为"资源仓库"。
- 常量池计数器：u2类型，从1开始计数，第0项留空（表示"不引用任何常量池项目"）。
- 两大类常量 ：
- 字面量：如文本字符串、final常量值等。
- 符号引用：包括包、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、方法句柄、动态调用点等。
- 常量池中每一项都以一个u1类型的tag开头，JDK 1.7之后共有14种不同的表结构。
6.3.3 访问标志
常量池之后的两个字节（access_flags），用于识别类或接口层次的访问信息：是类还是接口？是否为public？是否为abstract？如果是类，是否声明为final？共有16个标志位，当前定义了8个，未使用的必须为0
6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合
- 类索引（this_class）：确定类的全限定名。
- 父类索引（super_class）：确定父类的全限定名。
- 接口索引集合（interfaces[]）：描述该类实现的接口，按implements语句从左到右排列。
6.3.5 字段表集合
字段表（field_info）描述接口或类中声明的变量（类级变量和实例级变量），不包括方法内的局部变量。
- 字段表集合不会列出从超类或父类接口继承的字段。
- 字段表结构包含：访问标志、名称索引、描述符索引、属性表集合。名称索引和描述符索引指向常量池中的字符串常量。
6.3.6 方法表集合
方法表（method_info）结构与字段表类似，但访问标志中没有volatile和transient（对方法无意义）
- 方法表结构包含：访问标志、名称索引、描述符索引、属性表集合。
- 字节码指令存储位置：方法表的属性表集合中的
Code属性------这里存放着真正的字节码指令序列。这也印证了：字节码指令是字节码文件的核心内容，存在于每个方法的Code属性中。
6.3.7 属性表集合
属性表（attribute_info）是Class文件中最灵活的部分，在Class文件、字段表、方法表中都可携带，用于描述某些场景专有的信息。与Class文件其他部分严格顺序不同，属性表集合的顺序要求较宽松
常见属性：
- Code属性：存储方法体的字节码指令（最关键）。
- Exceptions属性：方法抛出的异常。
- LineNumberTable属性：源码行号与字节码指令的对应关系（用于调试）。
- LocalVariableTable属性：方法局部变量的描述。
- SourceFile属性：源文件名。
- ConstantValue属性：final常量值的初始化。
- InnerClasses属性：内部类信息。
- Deprecated及Synthetic属性。