歡迎訪問我的博客，同步更新: 楓山別院 今天給大家分享下Java Class字節碼文件的結構解析。(文末附有詳細大圖)

代碼

首先我們創建一個Java類，然后添加一些成員變量和方法，如下:

public class Test {

String name = "hello";

int size = 10;

long num = 100;

Double pi = 3.14;

public static void main(String[] args) {

Test test = new Test();

test.print();

}

public void print() {

System.out.print(name);

}

}

大家可以看到，這是一個非常簡單的類，僅僅有幾個基本類型的成員變量和兩個簡單的方法。這是為了我們分析Class文件方便起見，沒有添加復雜的結構。

編譯

然后大家可以用javac命令編譯一下這個類。編譯之后，我們就得到了一個class文件，用sublime之類的軟件打開這個class文件，我們可以看到如下信息:

CA FE BA BE 00 00 00 34 00 40 0A 00 11 00 29 08

00 2A 09 00 0C 00 2B 09 00 0C 00 2C 05 00 00 00

00 00 00 00 64 09 00 0C 00 2D 06 40 09 1E B8 51

..........

00 00 00 0C 00 01 00 00 00 0B 00 1F 00 20 00 00

00 01 00 27 00 00 00 02 00 28

是一行一行的十六進制的字符，每兩個字符是一個字節，每個字節之間用空格分隔，我省略掉了中間的多行數據，如果要看完整數據，請看文末。

這些就是編譯之后的信息了，文件中的字符在我們看來只是一行一行字符，其實是劃分格式的。我們來看一下是如何劃分的。

結構

Class文件的結構，是一個結構體，有以下元素，描述如下：

ClassFile {

u4 magic; //魔數

u2 minor_version; //Java的次版本號

u2 major_version; //Java的主版本號

u2 constant_pool_count; //常量池的長度

cp_info constant_pool[constant_pool_count]; //常量池數組

u2 access_flags; //類訪問標志

u2 this_class; //類名索引

u2 super_class; //父類名索引

u2 interface_count; //實現的接口的數量

u2 interfaces[interface_count]; //接口數組

u2 fields_count; //字段數量

field_info fields[fields_count]; //字段數組

u2 methods_count; //方法數量

method_info methods[methods_count]; //方法數組

u2 attributes_count; //屬性數量

attribute_info attributes[attributes_count]; //屬性數組

}

左邊u2,u4都是表示字節的長度，u2是兩字節，u4是四字節。右邊是元素的名稱。

Class文件就是由以上元素，一個緊挨一個組成的。總體的結構還是不復雜的，開頭的三個值，magic，minor_version，major_version和中間的access_flags，this_class，super_class，他們是固定的位置，固定的字節長度。其他的數量不一定的值，都是一個長度，然后后面就是緊跟著該長度的數組，存儲著該組值。數組結構通常都有下一級的子結構。

我把字節文件按照上面的元素格式，以不同的顏色劃分了出來，請大家看下結構圖：

class-simple.png

看圖非常的一目了然，讀兩遍書，不如看一遍圖啊。

連續的相同顏色的格子，是同一種元素的值。元素之間是緊緊的排列在一起，大家可以看到結構非常的緊湊，節省空間。看不清的同學可以下載下來，放大一下看。

分析

1. magic 魔數

我們知道有時候通過后綴識別文件是不準確的，因為很容易就改掉后綴。所以很多文件格式，在文件的開頭寫上幾個固定的值，為了識別方便該種格式。比如PDF文件的開頭是“%PDF”，這個固定的值，就叫魔數，其實就是個標識。class文件的魔數就是“CA FE BA BE”，JVM讀取開頭的四個字節，如果是這個值，那么就認為這個文件是個class。

magic.jpg

2. version 版本號

魔數之后，是版本號，大家可以看到，我們有兩部分的版本號。第一個版本號就是次版本號，第二個是主版本號。比如52.0，52是主版本號，0是次版本號。這個版本是為了讓JVM識別編譯這個clas文件的Java版本，比如Java SE8，對應的版本號是52.0，Java SE7 是51.0，Java SE6 是50.0。如果一個最高只支持Java SE7版本的JVM，讀取到一個52.0，那么它可能是執行不了這個class的，以為它是Java SE8編譯出來的，可能用了JavaSE8的新特性。

version.jpg

3. constant_pool 常量池

常量池占用了class中非常多的空間，存放著非常多的信息，包括數字，字符串，類和接口的名字，字段和方法的名字等等。上來先是常量池的數量，也就是常量池數組的長度。后面緊跟著就是數組的內容，非常長，結構也不太一樣。大家可以仔細看看附錄中的詳細圖，太大了，在這就不截圖了。

常量池中元素的子結構雖然有非常多的種類，但是都差不多的。首先是tag，tag的值表示這個元素是一個什么類型，也就是一個什么數據結構，然后JVM就可以根據這個結構來解析數據了。一般的XXX_index就是一個索引，length就是一個長度，bytes中是該元素存儲的值。結構非常多，我們后面單獨一篇文章介紹下這里。

4. access_flags 類訪問標志

access_flags保存的信息是，該類的訪問標志，比如是public還是private，是個接口還是個類，或者枚舉，等等。

access_flags.jpg

此處 access_flags的值是0x0021，代表什么意思呢？我們需要看個表格：

名稱

值

說明

ACC_PUBLIC

0x0001

public類型

ACC_FINAL

0x0010

final修飾符

ACC_SUPER

0x0020

使用invokespecial字節碼指令，在JDK1.2之后添加

ACC_INTERFACE

0x0200

接口

還有好幾種類型，我們就先看這些。我們的值是0x0021，好像沒有這個值對應的類型。其實是，0x0020 加上 0x0001，也就是說0x0021表示ACC_PUBLIC和ACC_SUPER。也就是說，這是個public訪問級別的類。

5. this_class 類名索引

this_class元素保存的是類的全限定類名，即包路徑加類名。為什么還有個索引呢？因為這個地方保存的不是具體的全限定類名的字符串，是一個索引值。這個索引是常量池的索引，也就是說，其實真正的全限定類名字符串是在常量池存著呢。我們在附錄的詳細表中找一下這個值，找到第39行數據的最后，是this_class的位置。

this_class

它的值是0x000c，是十進制的12對吧？我們找常量池中的索引是12的值，在第4行最后。

index_12.jpg

很奇怪，這個地方比不是我們說的全限定類名字符串，是一個叫 name_index的索引。其實這個位置存放的數據，是有一個子結構的，它由tag和 name_index組成。tag的值是7，這個值7代表了一種數據結構，就是 CONSTANT_Class_info，這個類型保存的值是類或者接口的符號引用。又是一個引用，也就是索引。從表上我們可以知道，這個索引的值是49，OK，我們再從常量池找索引49的值。

index_49.jpg

在第26和27行上，我們終于找到了類的全限定名稱。

6. super_class 父類名索引

super_class跟this_class是一樣的，不過這里保存的是類的父類全限定名稱而已。大家可以自己找一下看看。不過需要注意的是，如果沒有明確指定某個類的父類，在Java中默認父類都是java.lang.Object，而java.lang.Object本身是沒有父類的，所以如果是Object類，它的super_class值就是0。

7. interfaces 接口池

接著就是接口索引表或者說是接口池了，這里保存類實現的接口。

interfaces.jpg

因為我們的類沒有實現接口，所以它的長度是0，后面的數組自然也就省略了。

8. fields 字段池

fields.jpg

接著是我們的字段信息。從 fields_count的值我們可以知道有4個字段，這跟我們在代碼中的字段數量是一致的。然后緊接著就是字段數組了。字段數組中的元素是有數據結構的。如下：

field_info {

u2 access_flags; //變量的訪問標識符

u2 name_index; //名稱索引

u2 descriptor_index; //類型信息索引

u2 attributes_count; //自定義屬性長度

attribute_info attributes[attributes_count]; //自定義屬性池

}

name_index中存的就是字段名字的索引，老規矩大家自己找一下。access_flags是變量的訪問標識符，descriptor_index保存的是變量的類型信息。最后剩下的屬性，為什么有了類的屬性池還會在這里有個字段下的屬性池呢？這個字段下的屬性池是留給JVM來自定義拓展的，各個JVM實現可能會不一樣，JVM遇到識別不了的屬性會自動跳過。

9. methods 方法池

大家可以看到，在附錄詳細大圖中，方法池沒有展開詳細的結構，這是因為這里太復雜了，展開圖不太好畫，我太懶了，所以沒畫，哈哈哈哈。依然是上來就是一個長度，3個方法，后面跟著一個數組。有人要問了，不對啊，怎么是3個方法，我們只寫了2個。那是因為還有個類的默認構造方法，忘了吧，哈哈。后面有機會我們詳細分析方法池的結構。

10. attributes 屬性池

屬性池這個地方，跟常量池一樣，保存了很多信息，不過我們這個類中的屬性信息較少。屬性也有很多的子結構，而且不同的JVM實現還可能會有自己的屬性值，這里我們后面有機會單獨說一下，大家現在知道即可。

附錄

最后，附上一張非常詳細的大圖，我在圖中畫出了更詳細的結構，包括常量池中子元素的結構，每個字節對應的值是什么等等，非常詳細，也耗費了我很多時間，希望對大家有用。大家可以下載下來，經常看一看。

class.png

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java jpg结构_Java Class 字节码文件结构分析----附带逐字节码分析图的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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