JVM Class 文件结构详解一

Class文件的存储结构使得Java虚拟机实现了语言无关性，不同的语言，如java、groovy等程序语言通过编译可以转化为存储字节码的Class文件，从而使得Class文件在虚拟机中运行。

1、Class文件的结构

Class文件是一组以8位字节为单位的二进制流，各数据项严格按照顺序紧凑的排列在Class文件之中，中间无任何分隔符号。根据JVM Specification规定，Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储。这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表。

无符号数：基本数据类型，以u1、u2、u4和u8分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个字节的无符号数，用于描述数字、索引引用、数量值等。

表：由多个无符号数或其他表作为数据项构成的复合数据类型，以_info结尾，用于描述有层次关系的复合机构的数据。

下图是Class文件格式：




为了方便解释，编写如下简单代码：

package cn.com.yy;

/**
 * Class文件结构
 * @author yy
 * @time 2014-9-22 下午9:57:50
 */
public class ClassFileTest {

	private int count;
	
	public int returnValue(){
		return count;
	}
}

（1）magic

magic，称之为魔数，是Class文件的前4个字节，作用为用于确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。值为0xCAFEBABE。上述代码编译后，打开Class文件，显示如下图：




可以看出，Class文件的前4个字节为magic的值。

（2）Class文件的版本

接下来的第5个字节和第6个字节是Class文件的次版本号，第和第8字节为主版本号，如下图：




从图中可以看出，次版本号为0x0000，主版本号为0x0032，主版本号为十进制的50，说明该Class文件可以被JDK1.6或以上版本的虚拟机执行。下图为Class文件的版本号：




从图中可以看出，从JDK1.3后，就没有此版本号了，只有主版本号。

需要注意的是：某个版本的JVM能接受Class文件的最大主版本号不能超过对应JDK带对应target参数编译出来的Class文件的版本号。举例：JVM1.4能接受的Class文件的主版本号不能超过1.4JDK -target 1.4时编译出的Class文件的主版本号：48。

（3）常量池个数和常量池

接下来为2个字节的常量池个数：




该程序的constant_pool_count为0x0016，即十进制的22，代表着常量池中有21项常量，索引为1~21（索引为0的不算）。具体的常量值可以通过命令javap -verbose className获悉，如下：




在字节码文件中显示的区域为下：




途中红色线框包含的区域为常量区。

对于常量池，池中的每一个项常量都是一个表，共有11种结构不通的表结构数据。如下图所示：




上图中的每个表有一共同特点：表开始的第一位是一个u1类型的标志位（tag，取值为1，。。。12，没有2）。且每个表的结构都不同，下图中列出了每种数据表的结构，如下图所示：

类型	项目	类型	描述
CONSTANT_Utf8_info	tag	u1	值为1
length	u2	UTF-8编码的字符串占用的字节数
bytes	u1	长度为length的UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info	tag	u1	值为3
bytes	u4	按照高位在前存储的int值
CONSTANT_Float_info	tag	u1	值为4
bytes	u4	按照高位在前存储的float值
CONSTANT_Long_info	tag	u1	值为5
bytes	u8	按照高位在前存储的long值
CONSTANT_Double_info	tag	u1	值为6
bytes	u8	按照高位在前存储的double值
CONSTANT_Class_info	tag	u1	值为7
index	u2	指向全限定名常量项的索引
CONSTANT_String_info	tag	u1	值为8
index	u2	指向字符串字面量的索引
CONSTANT_Fieldref_info	tag	u1	值为9
index	u2	指向声明字段的类或接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
index	u2	指向字段描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_Methodref_info	tag	u1	值为10
index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	tag	u1	值为11
index	u2	指向声明方法的接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_NameAndType_info	tag	u1	值为12
index	u2	指向该字段或方法名称常量项的索引
index	u2	指向该方法或方法描述符常量项的索引

针对JVM Class文件结构中的其他内容请参考文章JVM Class 文件结构详解二