1. Class文件數(shù)據(jù)類型

根據(jù)Java虛擬機規(guī)范規(guī)定伸辟，Class文件格式采用一種類似于C語言結構體的偽結構來存儲數(shù)據(jù)，這種偽結構只有兩種數(shù)據(jù)類型：無符號數(shù)和表。

無符號數(shù)

無符號數(shù)屬于基本的數(shù)據(jù)類型归露，可以用來描述數(shù)字币砂、索引引用、數(shù)量值或者按照UTF-8編碼構成字符串值囤耳。

表

表是由多個無符號數(shù)或者其他表作為數(shù)據(jù)項構成的復合數(shù)據(jù)類型驱闷，所有表都習慣性地以“_info”結尾耻台。表用于描述有層次關系的復合結構的數(shù)據(jù)，整個Class文件本質上就是一張表空另。

2. Class文件結構

每一個Class文件對應于一個如下所示的ClassFile結構體盆耽。

ClassFile {
    u4 magic;
    u2 minor_version;
    u2 major_version;
    u2 constant_pool_count;
    cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
    u2 access_flags;
    u2 this_class;
    u2 super_class;
    u2 interfaces_count;
    u2 interfaces[interfaces_count];
    u2 fields_count;
    field_info fields[fields_count];
    u2 methods_count;
    method_info methods[methods_count];
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

2.1. 魔數(shù)

每個Class文件的頭4個字節(jié)稱為魔數(shù)（Magic Number），它的唯一作用是確定這個文件是否為一個能被虛擬機接受的Class文件扼菠。

2.2. 版本號

緊接著魔數(shù)的4個字節(jié)存儲的是Class文件的版本號：
第5和第6個字節(jié)是次版本號（Minor Version）
第7和第8個字節(jié)是主版本號（Major Version）

2.3. 常量池(cp_info)

常量池中包含了與文件中類和接口相關的常量摄杂。
常量池中主要存放兩大類常量：字面量（Literal）和 符號引用（Symbolic References）。

2.3.1. 字面量

文本字符串循榆、聲明為final的常量值等析恢。

2.3.2. 符號引用

符號引用屬于編譯原理方面的改了，包括下面三類常量：

• 類和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
• 字段的名稱和描述符（Descriptor）
• 方法的名稱和描述符

全限定名
當常量池入口指向類或接口時秧饮，它們給出該類或者接口的全限定名映挂。在class文件中，全限定名的點用斜線取代了盗尸。例如柑船，在class文件中，java.lang.Object的全限定名表示為java/lang/Object; 在class文件中泼各，java.util.Hashtable的全限定名表示為java/util/Hashtable鞍时。

簡單名稱
字段名和方法名以簡單名稱（非全限定名）形式出現(xiàn)在常量池入口。例如，一個指向類java.lang.Object所屬方法String toString()的常量池入口有一個形如"toString"的方法名逆巍。一個指向類java.lang.System所屬字段java.io.PrintStream out的常量池入口有一個形如“out”的字段名及塘。

描述符
字段的描述符給出了字段的類型；方法描述符給出了方法的返回值和方法參數(shù)的數(shù)量锐极、類型以及順序笙僚。

基本類型字符解釋表

字段描述符示例

方法描述符示例

2.3.3. 常量池的項目類型

常量池包括以下項目：

2.3.3.1. CONSTANT_Utf8_info

用于表示字符串常量的值灵再，結構如下：

CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;// 值為1
    u2 length;// bytes[]數(shù)組的長度
    u1 bytes[length];
}

2.3.3.2. CONSTANT_Integer_info

CONSTANT_Integer_info {
    u1 tag;// 值為3
    u4 bytes;// 按照高位在前存儲的int值
}

2.3.3.3 CONSTANT_Float_info

CONSTANT_Float_info {
    u1 tag;// 值為4
    u2 bytes;// 按照高位在前存儲的float值
}

2.3.3.4. CONSTANT_Long_info

CONSTANT_Long_info {
    u1 tag;// 值為5
    u8 bytes;// 按照高位在前存儲的long值
}

2.3.3.5. CONSTANT_Double_info

CONSTANT_Double_info {
    u1 tag;// 值為6
    u8 bytes;// 按照高位在前存儲的double值
}

2.3.3.6. CONSTANT_Class_info

用于表示類或接口味咳，結構如下：

CONSTANT_Class_info {
    u1 tag;// 值為7
    u2 name_index;// 包含類或者接口全限定名的CONSTANT_Utf8_info表的索引
}

2.3.3.7. CONSTANT_String_info

用于表示java.lang.String類型的常量對象，結構如下：

CONSTANT_String_info {
    u1 tag;// 值為8
    u2 string_index;
}

2.3.3.8. CONSTANT_Fieldref_info

CONSTANT_Fieldref_info {
    u1 tag;// 值為9
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}

2.3.3.9. CONSTANT_Methodref_info

CONSTANT_Methodref_info {
    u1 tag;// 值為10
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}

2.3.3.10. CONSTANT_InterfaceMethodref_info

CONSTANT_InterfaceMethodref_info {
    u1 tag;// 值為11
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;
}

2.3.3.11. CONSTANT_NameAndType_info

用于表示字段或方法檬嘀，結構如下：

CONSTANT_NameAndType_info {
    u1 tag;//值為12
    u2 name_index;
    u2 descriptor_index;
}

2.3.3.12. CONSTANT_MethodHandle_info

用于表示方法句柄，結構如下：

CONSTANT_MethodHandle_info {
    u1 tag;// 值為15
    u1 reference_kind;// 值必須在1至9之間（包括1和9）责嚷，它決定了方法句柄的類型鸳兽。方法句柄類型的值表示方法句柄的字節(jié)碼行為
    u2 reference_index;
}

2.3.3.13. CONSTANT_MethodType_info

用于表示方法類型，結構如下：

CONSTANT_MethodType_info {
    u1 tag;//值為16
    u2 descriptor_index;
}

2.3.3.14. CONSTANT_InvokeDynamic_info

用于表示invokedynamic指令所使用到的引導方法（Bootstrap Method）罕拂、引導方法使用到動態(tài)調用名稱（Dynamic Invocation Name）揍异、參數(shù)和請求返回類型、以及可以選擇性的附加被稱為靜態(tài)參數(shù)（Static Arguments）的常量序列爆班。

CONSTANT_InvokeDynamic_info {
    u1 tag;//值為18
    u2 bootstrap_method_attr_index;
    u2 name_and_type_index;
}

2.4. 訪問標志

在常量池結束之后衷掷，緊接著的兩個字節(jié)代表訪問標志（access_flags），這個標志用于識別一些類或者接口層次的訪問信息柿菩，包括：這個Class是類還是接口戚嗅；是否定義為public類型；是否定義為abstract類型枢舶；如果是類的話懦胞，是否被聲明為final等。

2.5. 類索引教藻、父類索引與接口索引集合

類索引、父類索引與接口索引集合都順序排列在訪問標志之后拗盒。
類索引（this_class）和父類索引（super_class）都是一個u2類型的數(shù)據(jù)怖竭，而接口索引集合（interfaces）是一組u2類型的數(shù)據(jù)的集合，Class文件由這三項數(shù)據(jù)來確定這個類的繼承關系陡蝇。

2.6. 字段

字段表（field_info）用于描述接口或者類中聲明的變量痊臭。
字段（field）包括類級變量以及實例變量哮肚，但不包括方法內部聲明的局部變量。

field_info結構格式如下：

field_info {
    u2 access_flags;
    u2 name_index;// 簡單名稱索引
    u2 descriptor_index;//描述符索引
    u2 attribute_count;// 當前字段附加屬性的數(shù)量
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

attributes項是由多個attribute_info表組成的列表广匙。attributes_count指出列表中attribute_info表的數(shù)量允趟。一個字段在其列表中可以有任意數(shù)量的屬性。由Java虛擬機規(guī)范定義的三種可能會出現(xiàn)在此項中的屬性是：ConstantValue鸦致、Deprecated和Synthetic潮剪。Java虛擬機唯一需要識別的屬性是ConstantValue屬性。虛擬機實現(xiàn)必須忽略任何無法識別的屬性分唾。

2.7. 方法

所有的方法（Method）抗碰，包括實例初始化方法和類初始化方法在內，都由method_info結構所定義绽乔。在一個Class文件中弧蝇，不會有兩個方法同時具有相同的方法名和描述符。

method_info結構格式如下：

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

有可能在class文件中出現(xiàn)的兩種編譯器產(chǎn)生的方法是：實例初始化方法（名為<init>）和類與接口初始化方法（名為<clinit>）折砸。

在此項中可能會出現(xiàn)的由Java虛擬機規(guī)范定義的四種屬性是：Code看疗、Deprecated、Exceptions和Synthetic睦授。Java虛擬機只需要識別Code和Exception屬性两芳。虛擬機實現(xiàn)必須忽略任何無法識別的屬性。

2.8. 屬性

屬性（Attributes）在Class文件格式中的ClassFile結構去枷、field_info結構怖辆、method_info結構和Code_attribute結構都有使用，所有屬性的通用格式如下：

attribute_info {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u1 info[attribute_length];// 屬性數(shù)據(jù)
}

由規(guī)范定義的attribute_info表的類型：

2.8.1. Code屬性

Code屬性是一個變長屬性翼闹，位于method_info結構的屬性表斑鼻。定義了方法的字節(jié)碼序列和其他信息。

一個Code屬性只為唯一一個方法猎荠、實例類初始化方法或類初始化方法保存Java虛擬機指令及相關輔助信息坚弱。所有Java虛擬機實現(xiàn)都必須能夠識別Code屬性。如果方法被聲明為native或者abstract類型关摇，那么對應的method_info結構不能有明確的Code屬性荒叶，其它情況下，method_info必須有明確的Code屬性输虱。

Code屬性的格式如下：

Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 max_stack;// 當前方法的操作數(shù)棧在運行執(zhí)行的任何時間點的最大深度
    u2 max_locals;// 分配在當前方法引用的局部變量表中的局部變量的個數(shù)些楣，包括調用此方法時用于傳遞參數(shù)的局部變量
    u4 code_length;
    u1 code[code_length];//當前方法的Java虛擬機字節(jié)碼
    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];
}

2.8.2. ConstantValue屬性

ConstantValue屬性是定長屬性，位于field_info結構的屬性表中。ConstantValue屬性表示一個常量字段的值愁茁。在一個field_info結構的屬性表中最多只能有一個ConstantValue屬性蚕钦。

ConstantValue屬性的格式如下：

ConstantValue_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length; 
    u2 constantvalue_index;
}

2.8.3. Deprecated屬性

Deprecated屬性是可選定長屬性。

Deprecated_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;//固定為0
}

2.8.4. Exceptions屬性

Exceptions屬性是一個變長屬性鹅很，它位于method_info結構的屬性表中嘶居。Exceptions屬性指出了一個方法需要檢查的可能拋出的異常。一個method_info結構中最多只能有一個Exceptions屬性促煮。

Exceptions屬性格式如下：

Exceptions_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 number_of_exceptions;
    u2 exception_index_table[number_of_exceptions];
}

2.8.5. InnerClasses屬性

InnerClasses屬性是一個變長屬性邮屁，位于ClassFile結構的屬性表。
InnerClasses屬性是在JDK1.1中為了支持內部類和內部接口而引入的菠齿。

InnerClasses_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 number_of_classes;
    {
        u2 inner_class_info_index;
        u2 outer_class_info_index;
        u2 inner_name_index;
        u2 inner_class_access_flags;
    }
} classes[number_of_classes];

2.8.6. LineNumberTable屬性

LineNumberTable屬性是可選變長屬性佑吝，位于Code結構的屬性表。它被調試器用于確定源文件中行號表示的內容在Java虛擬機的code[]數(shù)組中對應的部分绳匀。
LineNumberTable_attribute屬性格式如下：

LineNumberTable_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 line_number_table_length;
    {
        u2 start_pc;
        u2 line_number;
    } line_number_table[line_number_table_length];
}

2.8.7. LocalVariableTable屬性

LocalVariableTable是可選變長屬性迹蛤，位于Code屬性的屬性表中。它被調試器用于確定方法在執(zhí)行過程中局部變量的信息襟士。
LocalVariableTable屬性格式如下：

LocalVariableTable_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 local_variable_table_length;
    {
        u2 start_pc;
        u2 length;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index;
        u2 index;
    } local_variable_table[local_variable_table_length];
}

2.8.8. SourceFile屬性

SourceFile屬性是可選定長字段，位于ClassFile結構的屬性表嚷量。一個ClassFile結構中的屬性表最多只能包含一個SourceFile屬性陋桂。
SourceFile屬性格式如下：

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

2.8.8. Synthetic屬性

Synthetic屬性是定長屬性，位于ClassFile中的屬性表蝶溶。如果一個類成員沒有在源文件中出現(xiàn)嗜历，則必須標記帶有Synthetic屬性，或者設置ACC_SYNTHETIC標志抖所。
Synthetic_attribute屬性的格式如下：

Synthetic_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
}

參考：
《深入理解Java虛擬機_JVM高級特性與最佳實踐 第2版》
《深入Java虛擬機》
《Java虛擬機規(guī)范（Java SE 7）》