乾貨！直擊JVM底層 —— Java Class字節碼文件解析

時間 2020-01-16

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前言

最近在研究Java的反射和動態代理，發現使用這兩個Java神器須要瞭解.class文件的字節碼。因而翻閱了相關資料，在這篇博客中進行一番整理，也做爲本身學習的記錄。java

如何閱讀class文件

Java的可移植性是基於.java文件編譯後造成的惟一的字節碼文件.class文件能夠在不一樣操做系統上的jvm運行的機制。.class文件是一組以8位字節爲基礎單位的二進制流，各個數據項目嚴格按照順序緊湊的排列在.class文件中，中間沒有任何分隔符。程序員

當程序員編譯了.java文件後，在指定的路徑下會生成一個.class文件，使用editplus能夠直接以Hex viewer的格式打開.class文件編程

ClassTest.java數組

package com.classloader;
public class ClassTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello,World!");
    }
}

ClassTest.classjvm

要想能讀懂class文件這種生肉乾貨，首先要理解.class文件中的一些基本概念工具

基本概念

無符號數&表

無符號數是一種基本的數據類型，一般用u1,u2,u4,u8表明一、二、四、8個字節的無符號數。
無符號數是用來描述數字、索引引用、數量值或者UTF-8編碼的字符串值，能夠稱做是.class文件的基本組成單位學習

表是由多個無符號數或其餘表構成的複合數據類型，整個.class文件的本質就是一個表。（表大都習慣性的以_info結尾）this

不管是無符號數，仍是表，當須要描述同一類型但數量不定的多數據的時候，常常會使用一個位置的容量計數器加若干個連續的數據項的形式。編碼

常量池

魔數（magic number) & 版本號

每一個.class文件的頭四個字節被稱爲「魔數」，其做用是肯定該.class文件是否爲一個能被HOTSPOT虛擬機接收的.class文件操作系統

魔數後面的四個字節是版本號，第五和第六個字節是「次版本號」，第七和第八個字節是「主版本號」。
Java的版本號是從45開始的，自jdk1.1以後的每一個jdk大版本發佈的主版本號都向上+1，而且高版本的jdk能向下兼容之前版本的.class文件。（注意：hex viewer下，.class文件中的數字都是16進制數）

常量池

在主版本號後面的是常量池入口，常量池是.class文件結構中與其餘項目關聯最多的數據類型，也是佔用.class文件空間最大的數據項目之一。
因爲常量池中的常量的數量是不固定的，因此常量池的入口須要放置一項u2類型的數據，表明常量池容量計數。這個容量計數是從1開始的（有別於傳統的程序員計數法則）。

上圖中的.class文件的常量池計數是34，因爲從1開始，因此常量的個數是33（十六進制的22是十進制的34）。也就是說，從計數位以後的33個表，都是表示常量的。

常量池中主要存放兩大類常量：字面量（literal）和字符引用（Symbolic References)。
字面量比較接近於Java語言層的常量概念，例如文本字符串、被聲明爲final的常量值等等。
字符引用包括三類變量：類和接口的全限定名、字段的名稱和描述符、方法的名稱和描述符。

剛剛提到過，常量池中的每個常量都是一個表，一共11種結構各不相同的表，這些表都有一個共同的特色，開始的第一位是一個u1類型的標誌位，表明當前這個常量屬於哪一種類型。（具體查看【查閱表格】）

總而言之，查看常量的方法就是：

1.第一個字節爲tag 查看常量池類型表找到對應的類型
2.找到對應結構的表，找到tag以後屬於常量的其餘無符號數

訪問標誌

常量池結束後，緊接着的兩個字節表示訪問標誌（access_flags）。這個標誌用來識別一些類或接口層次的訪問信息，包括：這個classs是實體類仍是接口；是否認義爲public；是不是抽象類；是否爲final類等等。
具體訪問標誌的映射詳見【查閱表格】

類引索&父類引索&接口引索集合

類引索（this_class）和父類引索（super_class）都是一個u2類型的數據，接口引索集合是一組u2類型的數據集合。
在訪問標誌以後，緊接着是類引索、父類引索，共佔據4個字節。他們各自指向一個類型爲CONSTANT_Class_info的類描述符常量，經過CONSTANT_Class_info類型的常量中的索引值能夠找到定義在CONSTANT_Utf8_info類型常量中的全限定名字符串。