魔數(shù)

魔數(shù)：所有的.class字節(jié)碼文件的前4個(gè)字節(jié)都是魔數(shù)到踏，魔數(shù)值為固定值：0xCAFEBABE

版本信息

魔數(shù)之后的4個(gè)字節(jié)為版本信息遂填，前2個(gè)字節(jié)是次版本號(hào)(minor version)，接下來(lái)2個(gè)字節(jié)是主版本號(hào)(major version)逼蒙。主版本52對(duì)應(yīng)的是java8(1.8)从绘。minor version是0，major version是52是牢，所以僵井，該文件的版本號(hào)為1.8.0〔道猓可以通過(guò)java -version命令來(lái)驗(yàn)證這一點(diǎn)批什。

常量及常量池

常量池(constant pool)：緊接著主版本號(hào)之后的就是常量池入口。一個(gè)Java類中定義的很多信息都是由常量池來(lái)維護(hù)和描述的社搅，可以將常量池看作是class文件的資源倉(cāng)庫(kù)驻债，比如說(shuō)Java類中定義的方法與變量信息，都是存儲(chǔ)在常量池中形葬。常量池中主要存儲(chǔ)兩類常量：字面量與符號(hào)引用合呐。字面量如文本字符串，Java中聲明為final的常量值等笙以，而符號(hào)引用如類和接口的全局限定名淌实，字段的名稱和描述符，方法的名稱和描述符等猖腕。

常量池的總體結(jié)構(gòu)：Java類所對(duì)應(yīng)的常量池主要由常量池?cái)?shù)量與常量池?cái)?shù)組(常量表)這兩部分構(gòu)成拆祈。常量池?cái)?shù)量緊跟在主版本號(hào)后面，占據(jù)2個(gè)字節(jié)谈息；常量池?cái)?shù)組則緊跟在常量池?cái)?shù)量之后缘屹。常量池?cái)?shù)組與一般的數(shù)組不同的是，常量池?cái)?shù)組中不同的元素的類型侠仇、結(jié)構(gòu)都是不同的轻姿，長(zhǎng)度當(dāng)然也就不同犁珠；但是，每一種元素的第一個(gè)數(shù)據(jù)都是一個(gè)u1類型互亮，該字節(jié)是個(gè)標(biāo)志位犁享，占據(jù)1個(gè)字節(jié)。JVM在解析常量池時(shí)豹休，會(huì)根據(jù)這個(gè)u1類型在獲取元素的具體類型炊昆。值得注意的是，常量池?cái)?shù)組中元素的個(gè)數(shù) = 常量池?cái)?shù) - 1(其中0暫時(shí)不使用)威根，目的是滿足某些常量池索引值的數(shù)據(jù)在特定情況下需要表達(dá)不引用任何一個(gè)常量池的含義凤巨；根本原因在于，索引為0也是一個(gè)常量(保留常量)洛搀，只不過(guò)它不位于常量表中敢茁，這個(gè)常量就對(duì)應(yīng)null值；所以留美，常量池的索引從1而非0開始

class文件結(jié)構(gòu)11中數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)總表

004. class文件結(jié)構(gòu)11中數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)總表.png

上面的表中描述了11種數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)彰檬，其實(shí)在jdk1.7之后又增加了3中(CONSTANT_MethodHandle_info,CONSTANT_MethodHandle_info,CONSTANT_MethodType_info以及CONSTANT_InvokeDynamic_info)。這樣一種是14種

在JVM規(guī)范中谎砾，每個(gè)變量/字段都有描述信息逢倍，描述信息主要的作用是描述字段的數(shù)據(jù)類型、方法的參數(shù)列表(包括數(shù)量景图、類型與順序)與返回值较雕。根據(jù)描述符規(guī)則，基本數(shù)據(jù)類型和代表無(wú)返回值的void類型都用一個(gè)大寫字符來(lái)表示挚币，對(duì)象類型則使用字符L加對(duì)象的全限定名稱來(lái)標(biāo)書(/分割而非.)郎笆。為了壓縮字節(jié)碼文件的體積，對(duì)于基本數(shù)據(jù)類型忘晤，JVM都只用一個(gè)大寫字母來(lái)表示，如下所示：B - byte激捏，C - char设塔，D - double，F(xiàn) - float远舅，I -int闰蛔，J - long，S - short图柏，Z - boolean序六，V - void， L - 對(duì)象類型(字符串類型:Ljava/lang/String;)

對(duì)于數(shù)組類型來(lái)說(shuō)蚤吹，每一個(gè)維度使用一個(gè)前置的[來(lái)表示例诀，如int[]被記錄為[I随抠，String[][]被記錄為[[Ljava/lang/String;

用描述符描述方法時(shí)，按照先參數(shù)列表繁涂，后返回值的順序來(lái)描述拱她。參數(shù)列表按照參數(shù)的嚴(yán)格順序放在一組()之內(nèi)，如方法：String getRealnameByIdAndNickname(int id, String name)的描述符為：(I, Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;

訪問(wèn)標(biāo)志

access_flag訪問(wèn)標(biāo)志信息包括該Class文件是類還是接口扔罪，是否被定義成public秉沼，是否是abstract，如果是類矿酵，是否被聲明成final

本例子中access_flag是0x0021唬复，是0x0020與0x0001的并集

當(dāng)前類名、父類名全肮、接口

當(dāng)前類名敞咧，占兩個(gè)字節(jié)，是常量池的索引

父類名倔矾，占兩個(gè)字節(jié)妄均，是常量池的索引

接口分兩部分組成，接口數(shù)量哪自，對(duì)應(yīng)的接口索引丰包，從常量池中找

如果接口數(shù)量是0路翻，則沒(méi)有對(duì)應(yīng)的接口索引

字段表集合

字段表用于描述類和接口中聲明的變量弦牡。這里的字段包含了類級(jí)別變量以及實(shí)例變量兜喻，但是不包括方法內(nèi)部聲明的局部變量

fields_count:u2 字段的數(shù)量

每一個(gè)字段的結(jié)構(gòu)

上述表格用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示

field_info{
  u2 access_flag;
  u2 name_index;
  u2 descriptor_index;
  attribute_info attributes[attributes_count];
}

名字+描述符可以唯一確定一個(gè)字段饶号，再加上訪問(wèn)修飾符角雷，這個(gè)字段的完整信息確確實(shí)實(shí)就確定下來(lái)了

方發(fā)表

methods_count：u2

方發(fā)表結(jié)構(gòu)

上述表格用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示

method_info{
  u2 access_flag;
  u2 name_index;
  u2 descriptor_index;
  u2 attributes_count;
  attribute_info attributes[attributes_count];
}

如果我們沒(méi)有編寫構(gòu)造方法,Java編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)無(wú)參的構(gòu)造方法,對(duì)成員變量的賦值,非靜態(tài)代碼塊,是在構(gòu)造方法里面,會(huì)生成相對(duì)應(yīng)的指令
有多個(gè)構(gòu)造方法,會(huì)在每一個(gè)方法里面生成對(duì)應(yīng)的指令,如果我們編寫了自己的構(gòu)造方法,那么也會(huì)生成對(duì)應(yīng)的指令,然后執(zhí)行我們自己的代碼,如果一個(gè)構(gòu)造方法A調(diào)用了另外一個(gè)構(gòu)造方法B,那個(gè)A中不會(huì)生成對(duì)應(yīng)的指令

<clinit>方法是自動(dòng)生成的,對(duì)靜態(tài)信息的初始化(靜態(tài)變量,靜態(tài)代碼塊)
多個(gè)靜態(tài)代碼塊合并成一個(gè)<clinit>方法

屬性結(jié)構(gòu)

屬性結(jié)構(gòu)憔披，每個(gè)屬性都是一個(gè)attribute_info結(jié)構(gòu)矩动，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示

attribute_info{
  u2 attribute_name_index;
  u4 attribute_length;
  u1 info[attribute_length];
}

JVM預(yù)定了部分attribute有巧，但是編譯器自己也可以實(shí)現(xiàn)自己的attribute寫入class文件里，供運(yùn)行時(shí)使用

不同的attribute通過(guò)attribute_name_index來(lái)區(qū)分

Code結(jié)構(gòu)

Code attribute的作用是保存該方法的結(jié)構(gòu)悲没，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示為

Code_attribute {
  u2 attribute_name_index;
  u4 attribute_length;
  u2 max_stack;
  u2 max_locals;
  u4 code_length;
  u1 code[code_length];
  u2 exception_table_length;
  {
    u2 start_pc;
    u2 end_pc;
    u2 handler_pc;
    u2 catch_type;
  } exception_table[exception_table_length];
  u2 attributes_count;
  attribute_info attributes[attributes_count];
}

attribute_length表示attribute所包含的字節(jié)數(shù)篮迎，不包含attribute_name_index和attribute_length字段

max_stack表示這個(gè)方法運(yùn)行的任何時(shí)刻所能達(dá)到的操作數(shù)棧的最大深度

max_locals表示方法執(zhí)行期間創(chuàng)建的局部變量的數(shù)目，包含用來(lái)表示傳入的參數(shù)的局部變量

code_length表示該方法所包含的字節(jié)碼的字節(jié)數(shù)以及具體的指令碼示姿，具體字節(jié)碼即是該方法被調(diào)用時(shí)甜橱，虛擬機(jī)所執(zhí)行的字節(jié)碼。如果安裝了jclasslib插件栈戳，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的指令可以跳到oracle的幫助文檔查看具體的指令

exception_table岂傲，這里存放的是處理異常的信息

exception_table_length表示異常表的長(zhǎng)度

每個(gè)exception_table表項(xiàng)由start_pc、end_pc子檀、handler_pc和catch_type組成

start_pc和end_pc表示在code數(shù)組中的從start_pc到end_pc處(包含start_pc镊掖，不包含end_pc)的指令拋出的異常會(huì)由這個(gè)表項(xiàng)來(lái)處理

handler_pc表示處理異常的代碼的開始處乃戈。

catch_type表示會(huì)被處理的異常的類型，它指向常量池里的一個(gè)異常類堰乔。當(dāng)catch_type為0時(shí)偏化，表示處理所有的異常

Java字節(jié)碼對(duì)于異常的處理方式

1. 統(tǒng)一采用異常表的方式對(duì)異常進(jìn)行處理
2. 在jdk1.4.2之前的版本中,并不是使用異常表的方式來(lái)對(duì)異常進(jìn)行處理的,而是采用特定的指令方式
3. 當(dāng)異常處理存在finally語(yǔ)句塊時(shí),現(xiàn)代化的JVM采取的處理方式是將finally語(yǔ)句塊的字節(jié)碼拼接到每一個(gè)catch塊后面,換句話說(shuō),程序中存在多少個(gè)catch塊,就會(huì)
   在每一個(gè)catch塊后面重復(fù)多少個(gè)finally語(yǔ)句塊的字節(jié)碼

try catch finally捕獲的異常 與 throws拋出的異常 這兩種在class文件中的位置是不一樣的

LineNumberTable屬性

LineNumberTable，這個(gè)屬性用來(lái)表示code數(shù)組中的字節(jié)碼和Java代碼行數(shù)之間的關(guān)系镐侯，這個(gè)屬性可以用來(lái)在調(diào)試的時(shí)候定位代碼執(zhí)行的行數(shù)

LineNumberTable_attribute{
  u2 attribute_name_index;
  u4 attribute_length;
  u2 line_number_table_length;
  {
    u2 start_pc;// start_pc是這個(gè)line_number_info 描述的字節(jié)碼指令的偏移量
    u2 line_number;// line_number是這個(gè)line_number_info 描述的字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的源碼中的行號(hào)
  }line_number_table[line_number_table_length];
}

LocalVariableTable屬性

LocalVariableTable侦讨，這個(gè)屬性建立了方法中的局部變量與源代碼中的局部變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

LocalVariableTable_attribute{
  u2 attribute_name_index;
  u4 attribute_length;
  u2 local_variable_table_length;
  {
    u2 start_pc;// start_pc是當(dāng)前l(fā)ocal_variable_info所對(duì)應(yīng)的局部變量的作用域的起始字節(jié)碼偏移量；
    u2 length;// length是當(dāng)前l(fā)ocal_variable_info所對(duì)應(yīng)的局部變量的作用域的大小苟翻。 也就是從字節(jié)碼偏移量start_pc 到start_pc+length就是當(dāng)前局部變量的作用域范圍韵卤；
    u2 name_index;// name_index指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info， 該CONSTANT_Utf8_info描述了當(dāng)前局部變量的變量名
    u2 descriptor_index;// descriptor_index指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info崇猫， 該CONSTANT_Utf8_info描述了當(dāng)前局部變量的描述符
    u2 index;// index描述了在該方法被執(zhí)行時(shí)沈条，當(dāng)前局部變量在棧幀中局部變量表中的位置
  }local_variable_table[local_variable_table_length];
}

在Java中，每一個(gè)方法里面都是可以訪問(wèn)this的诅炉，this表示對(duì)當(dāng)前對(duì)象的引用蜡歹，從字節(jié)碼角度來(lái)說(shuō)，如果方法是一個(gè)非靜態(tài)方法涕烧，this實(shí)際上是作為方法的第一個(gè)參數(shù)給隱式傳遞過(guò)來(lái)的月而，this是編譯完成之后，編譯器隱式傳遞過(guò)來(lái)的议纯，這樣父款，每一個(gè)非靜態(tài)方法都可以順利訪問(wèn)this。所以對(duì)于一個(gè)非靜態(tài)方法瞻凤，至少會(huì)有一個(gè)LocalVariableTable憨攒，這個(gè)變量就是this

對(duì)于Java類中的每一個(gè)實(shí)例方法(非static方法),其實(shí)在編譯后所生成的字節(jié)碼當(dāng)中,方法參數(shù)的數(shù)量總是會(huì)比源代碼中方法參數(shù)的數(shù)量多一個(gè),多的參數(shù)是this,他位于方法的第一個(gè)參數(shù)位置處;這樣,我們就可以在Java的實(shí)例方法中使用this來(lái)去訪問(wèn)當(dāng)前對(duì)象的屬性以及其他方法

這個(gè)操作時(shí)在編譯期間完成的,即由javac編譯器在編譯的時(shí)候?qū)?duì)this的訪問(wèn)轉(zhuǎn)化為對(duì)一個(gè)普通實(shí)例方法參數(shù)的訪問(wèn),接下來(lái)在運(yùn)行期間,由JVM在調(diào)用實(shí)例方法時(shí),自動(dòng)向?qū)嵗椒▊魅朐搕his參數(shù),所以,在實(shí)例方法的局部變量表中,至少會(huì)有一個(gè)指向當(dāng)前對(duì)象的局部變量

SourceFileg屬性

SourceFileg,SourceFile屬性是類文件結(jié)構(gòu)的attributes表中的一個(gè)可選的固定長(zhǎng)度屬性,類文件結(jié)構(gòu)的attributes表中最多可以有一個(gè)SourceFile屬性。

SourceFile_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 sourcefile_index;
}

StackMapTable屬性

StackMapTable,是Code attributes表中的一個(gè)可變長(zhǎng)度屬性,在通過(guò)類型檢查進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程中使用阀参。一個(gè)Code attributes表中最多可以有一個(gè)StackMapTable屬性肝集。

在版本號(hào)為50.0或更高版本的類文件中，如果方法的代碼屬性沒(méi)有StackMapTable屬性蛛壳，則它具有隱式堆棧映射屬性包晰。此隱式堆棧映射屬性等效于StackMapTable屬性，其條目數(shù)等于零炕吸。

StackMapTable_attribute {
    u2              attribute_name_index;
    u4              attribute_length;
    u2              number_of_entries;
    stack_map_frame entries[number_of_entries];
}