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?? Hi，我是丑丑夫偶。本文 「Java 路線」| 導(dǎo)讀 —— 他山之石界睁，可以攻玉 已收錄，這里有 Android 進(jìn)階成長(zhǎng)路線筆記 & 博客兵拢，歡迎跟著彭丑丑一起成長(zhǎng)翻斟。（聯(lián)系方式在 GitHub）
前言
-
Class 文件是Java技術(shù)體系的重要組成部分，在學(xué)習(xí)整個(gè)虛擬機(jī)的執(zhí)行引擎之前说铃，應(yīng)該清楚Class 文件的結(jié)構(gòu)访惜； - 這篇文章將帶你理解
Class 文件的基本結(jié)構(gòu)，希望能幫上忙腻扇。
延伸文章
對(duì)于
Java編譯過程不了解债热，請(qǐng)閱讀：《Java | 聊一聊編譯過程（編譯前端 & 編譯后端）》對(duì)于
類加載的流程不太了解，請(qǐng)閱讀：《Java | 談?wù)勀銓?duì)類加載過程的理解》
目錄
1. 什么是 Class 文件幼苛？
定義：或稱字節(jié)碼窒篱，可以看作
Java 虛擬機(jī)的可執(zhí)行文件作用：對(duì)應(yīng)于一個(gè)類 / 抽象類 / 接口的定義信息
意義：
Java 虛擬機(jī) & Class 文件共同構(gòu)成了Java無關(guān)性的基礎(chǔ)-
來源
- 由
Java 源碼經(jīng)過Java 編譯器編譯后得到，以磁盤文件形式存在
- 由
- 由字節(jié)碼生成技術(shù)
（如javassist / CGLib / ASM）生成，以內(nèi)存中二進(jìn)制流形式存在
- 由字節(jié)碼生成技術(shù)
# 咬文嚼字 #
雖然字節(jié)碼不一定是以 “磁盤文件” 的形式存在墙杯，但是通常在很多文獻(xiàn) & 資料中會(huì)籠統(tǒng)地將字節(jié)碼表述為
Class 文件济锄，這里不必鉆牛角尖。
更多信息請(qǐng)務(wù)必閱讀：《Java | 為什么 Java 實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)無關(guān)性》
2. Class 文件的大致結(jié)構(gòu)
-
Class 文件是一種強(qiáng)協(xié)議的緊湊型結(jié)構(gòu)（遵循《Java 虛擬機(jī)規(guī)范》） -
Class 文件有三種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：無符號(hào)數(shù)霍转、TVL、表一汽，具體如下：
-
Class 文件本質(zhì)上也是一個(gè)表避消，大致結(jié)構(gòu)如下圖：
-
魔數(shù)：固定值
0xCAFEBABE，用于鑒別為合法的Class 文件 -
版本號(hào)：表示
Class 文件的目標(biāo)版本號(hào)召夹，高版本的虛擬機(jī)可以向前兼容舊版本Class 文件 -
訪問標(biāo)志：一個(gè)
u2無符號(hào)數(shù)岩喷，用于表示本類 / 接口的訪問信息。其中每個(gè)標(biāo)志位的值與java.lang.reflect.Modifier中的常量一一對(duì)應(yīng)：
本類索引 & 父類索引 & 接口索引集：是一個(gè)索引值监憎，（共經(jīng)過 2 次索引后）指向常量池中一個(gè)
utf-8編碼的 全限定名纱意，例如：java/lang/Object;字段表集合：用于描述類或接口中聲明的變量（包括類變量與成員變量）
方法表集合：用于描述類或接口中聲明的方法（包括類方法與成員方法）
屬性表集合：用于描述 Class 文件、字段表鲸阔、方法表中攜帶的屬性
下面偷霉，我將概括表中各個(gè)重點(diǎn)數(shù)據(jù)項(xiàng)的具體含義！
3. 常量池（const pool）
- 常量池中的每一項(xiàng)常量都是一個(gè)表
- 存放兩種類常量：字面量（Literal）和 符號(hào)引用（Symbolic References）
符號(hào)引用（Symbolic References）是一個(gè)字符串類型的字面量（存儲(chǔ)在常量池）褐筛，它的作用是唯一地標(biāo)示一個(gè)實(shí)體类少，最重要的特點(diǎn)如下：
平臺(tái)無關(guān)性
這一點(diǎn)與Java的特性是一脈相承的。符號(hào)引用與具體虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存布局無關(guān)渔扎，需要在運(yùn)行期將符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用（Direct Reference）硫狞，這個(gè)直接引用才是符號(hào)引用在虛擬機(jī)中的真實(shí)存在。唯一性
無歧義地標(biāo)示一個(gè)目標(biāo)晃痴，以方法為例残吩，如果是本類中聲明的方法，不需要添加類名（如：Method func:()V）倘核；如果是其他類中聲明的方法泣侮， 需要添加類名前綴（如：Method com/Base.func:()V）。
常量池表結(jié)構(gòu)有一個(gè)共同的特點(diǎn)笤虫，就是表結(jié)構(gòu)的首元素是u1的標(biāo)志位旁瘫，代表當(dāng)前的常量類型，截止到Java 13總共有 20 種常量：
4. 本類索引 & 父類索引 & 接口索引集
- 本類索引肯定存在琼蚯，只有一個(gè)
-
Java是類單繼承酬凳，所以父類索引只有一個(gè)（特例：Object的父類索引為 0） -
Java是接口多繼承，所以接口索引有零或多個(gè)
這三個(gè)索引值均指向常量池中CONSTANT_Class_info常量遭庶，而CONSTANT_Class_info常量本質(zhì)上也是一個(gè)索引值宁仔，指向CONSTANT_Utf8_info常量。經(jīng)過 2次 索引峦睡，這三個(gè)索引最終指向?qū)?yīng) 類 / 接口的全限定名
5. 字段表（field_info）
字段表用于描述類字段與實(shí)例字段翎苫，但只包括在本類中聲明的字段权埠，既不包括父類中聲明的字段，也不包括方法內(nèi)部聲明的局部變量煎谍。要注意的是攘蔽，編譯器生成的字段是包括的，例如編譯器會(huì)為非靜態(tài)內(nèi)部類添加外部類的引用字段呐粘。字段表的基本結(jié)構(gòu)如下：
- access_flags：字段的訪問標(biāo)志位
- name_index：常量池索引满俗，最終指向字段的簡(jiǎn)單名稱，見第 8 節(jié)
- descriptor_index：常量池索引作岖，最終指向字段的描述符唆垃，見第 8 節(jié)
- attributes_count & attributes：字段屬性，為字段的附加信息痘儡，見第 8 節(jié)
6. 方法表（method_info）
方法表和字段表的設(shè)計(jì)是很相似的辕万。方法表用于描述類方法與實(shí)例方法，但只包括在本類中聲明的方法或者重寫的方法沉删，不包括父類或父接口中聲明的方法渐尿。需要注意的是，編譯器生成的方法是包括的矾瑰，例如類構(gòu)造器<clinit>()與實(shí)例構(gòu)造器<init>()涡戳。方法表的基本結(jié)構(gòu)如下：
可以看到，方法表和字段表的基本結(jié)構(gòu)是完全一致的脯倚，此處不再贅述渔彰。需要特別指出的是，方法里面的代碼在方法的Code屬性推正，方法的受檢異常聲明在Exception屬性恍涂。
7. 屬性表（attribute_info）
- 屬性相當(dāng)于字段表或方法表的附加信息
- 每一項(xiàng)屬性都是一個(gè)表，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：
-
attribute_name_index：常量池索引植榕，最終指向一個(gè)屬性名再沧。
Class 文件使用屬性名來區(qū)分每一種屬性，截止到Java 12尊残，總共有 29 種預(yù)定義屬性炒瘸。 - attribute_length：不同屬性的屬性信息是不同的，因此需要一個(gè)長(zhǎng)度表表示屬性信息占用的長(zhǎng)度
- info：屬性信息
# 你覺得呢寝衫？#
市面上你能找到的介紹虛擬機(jī)的書籍顷扩，普遍都會(huì)按順序羅列出每種屬性的信息。筆者并不是說這種方式不好慰毅，因?yàn)樽鳛闀年U述方式需要考慮到讀者可接受度 & 參考性的問題隘截。但是如果以博客的闡述方式也采用同樣地方式，豈非成為知識(shí)搬運(yùn)工？因此婶芭，我將從不同的問題域出發(fā)东臀，在每個(gè)問題域中介紹每種屬性。
Code 屬性
Exceptions 屬性
LocalVariableTable 屬性
LocalVariableTypeTable 屬性
Signature 屬性
泛型中所謂的類型擦除犀农，其實(shí)只是擦除Code 屬性中的泛型信息惰赋，在類常量池屬性中其實(shí)還保留著泛型信息，這也是在運(yùn)行時(shí)可以反射獲取泛型信息的根本依據(jù)呵哨。在這篇文章里谤逼，我們?cè)敿?xì)討論：《Java | 關(guān)于泛型能問的都在這里了（含Kotlin）》，請(qǐng)關(guān)注仇穗！
RuntimeVisibleAnnotations 屬性
RuntimeInvisibleAnnotations 屬性
RuntimeVisibleParameterAnnotations 屬性
RuntimeInvisibleParameterAnnotations 屬性
注解在編譯后擦除，如果注解的保留級(jí)別為CLASS & RUNTIME戚绕，在 Class 文件中還會(huì)生成對(duì)應(yīng)的注解屬性纹坐。在這篇文章里，我們?cè)敿?xì)討論：《Java | 這是一篇全面的注解使用攻略（含 Kotlin）》舞丛，請(qǐng)關(guān)注耘子！
InnerClasses 屬性
8. 信息描述規(guī)則
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參考資料
- 《深入理解Java虛擬機(jī)（第3版本）》（第6章）—— 周志明 著
- 《深入理解Android：Java虛擬機(jī) ART》（第2章） —— 鄧凡平 著
- 《深入理解 JVM 字節(jié)碼》（第2、3球切、4章）—— 張亞 著
創(chuàng)作不易谷誓，你的「三連」是丑丑最大的動(dòng)力，我們下次見吨凑！
