class字节码文件组成（1）

携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第7天，点击查看活动详情

java如何运行

java文件由程序员编写，但是不能直接运行，需要经历如下阶段才可以运行。

.java文件 ----经历java编译器 javac编译，此过程会对我们代码进行自动优化 ------------ 》.class文件 (又叫java字节码文件) ---------java虚拟机解释----->机器码 ------》交给操作系统运行

.class文件又叫字节码文件，它只面向java虚拟机，不面向任何操作系统。这里学习一下.class文件的组成结构

如何查看.class文件信息

.class文件是字节码文件，一字节八位，我们采用16进制查看，每两个数字（0 - F）组成一字节。使用NotePad++或其他支持工具。

查看字节码

写一个java类，编译一下生成class文件

简单的Person类加两个属性

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    //getter and setter
}
复制代码

编译生成的class文件没什么大的区别，只不过会给我们自动生成无参构造函数

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person() {
    }
}
复制代码

使用NotePad++打开

这是16进制的形式，可确定每2个数字代表一个字节，并且内存连续。

javap

javap是java class文件的分离器，可以对class文件进行简单解释，使得程序员不用直接面对字节码。

基本上使用 javap -v classpath\classname.class 来查看

当然如果class文件过大，终端显示不友好，可以将信息输出到文件查看。

使用命令：javap -v classpath\classname.class > filename

会输出如图所示的内容,相对于字节码令人更有食欲一些.

jclasslib

使用idea插件jclasslib分析class文件。

安装：

设置 -->Plugins->到Marketplcae搜索下载

使用：

view ->show bytecode with JclassLib

jclasslib为我们友好的分了类：

class文件内容

class文件字节码结构

示意图：

魔数

魔数(magic)，是JVM用于识别是否是JVM认可的字节码文件。

所有由java编译器生成的class字节码文件的首四个字节码都是CA FE BA BE。

当JVM准备加载某个class文件到内存的时候，会首先读取该字节码文件的首四位字节码，判断是否是CA FE BA BE,如果是则JVM认可，如果不是JVM则会拒绝加载该字节码文件。

Class文件不一定都是由.java文件编译而来的，Kotlin以及其他java虚拟机支持的都可以。

比如：

使用Kotlin写一个类：

编译过后查看其字节码：

也是cafebabe开头的

版本号

版本号包括主版本号(major_version)和副版本号(minor_version)。

我们一般只需要关注主版本号，平常所说的java8其实是java1.8。副版本号主要是对主版本的一个优化和bug修复。目前java版本都来到了18了。

主版本号占用7、8两个字节，副版本号占用5、6两个字节。JDK1.0的主版本号为45，以后版本每升级一个版本就在此基础上加一，那么JDK1.8对应的版本号为52，对应16进制码为0x34。

一个版本的JVM只可以加载一定范围内的Class文件版本号，一般来说高版本的JVM支持加载低版本号的Class文件，反之不行。JVM在首次加载class文件的时候会去读取class文件的版本号，将读取到的版本号和JVM的版本号进行对比，如果JVM版本号低于class文件版本号，将会抛出java.lang.UnsupportedClassVersionError错误。

我们修改一下Person.class关于版本号的数据，提高class文件的版本号为0x39 ,为10进制57，jvm版本为java1.13。

通过java <classpath>.classname运行一下：

说我们的jvm只支持运行java版本最高为52的class文件，也就是java1.8。

同时也可以通过javap命令查看当前class文件支持的最低jvm版本。

常量池计数器(constant_pool_count)

紧跟于版本号后面的是常量池计数器占两个字节。记录整个class文件的字面量信息个数，决定常量池大小。

constant_pool_count = 常量池元素个数 + 1。只有索引在（0，constant_pool_count）范围内才会有效，索引从1开始。

常量池数据区(constant_pool)

常量池类似于一张二维表，每一个元素代表一条记录，包含class文件结构及其子结构中引用的所有字符串常量、类、接口、字段和其他常量。且常量池中每一个元素都具备相似的结构特征，每一个元素的第一字节用做于识别该项是哪种数据类型的常量，称为tag byte。

访问标志(access_flags)

用于表示一个类或接口的访问权限。占用两个字节。

标记	值（0x）	作用
ACC_PUBLIC	0x0001	公共的
ACC_FINAL	0x0010	不允许被继承
ACC_SUPER	0x0020	需要特殊处理父类方法
ACC_INTERFACE	0x0200	标记为接口，而不是类
ACC_ABSTRACT	0x0400	抽象的，不可被实例化
ACC_SYNTHETIC	0x1000	表示由编译器自己生成的
ACC_ANNOCATION	0x2000	表示注解
ACC_ENUM	0x4000	表示枚举

ACC_SYNTHETIC

由编译器自己生成的代码，比如一些桥接方法，我们写一个类实现一个范型接口

然后使用javap -v查看字节码信息

public class AboutACCSYNTHETIC implements Comparator<String> {
    @Override
    public int compare(String o1, String o2) {
        return 0;
    }
}
复制代码

会发向编译器会为我们生成一个桥接方法，类型是Object的，且访问标志存在 ACC_SYNTHETIC

  public int compare(java.lang.String, java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=3
         0: iconst_0
         1: ireturn
      LineNumberTable:
        line 16: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       2     0  this   Lcom/roily/jvm/day01/AboutACCSYNTHETIC;
            0       2     1    o1   Ljava/lang/String;
            0       2     2    o2   Ljava/lang/String;

  public int compare(java.lang.Object, java.lang.Object);
    descriptor: (Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=3
         0: aload_0
         1: aload_1
         2: checkcast     #2                  // class java/lang/String
         5: aload_2
         6: checkcast     #2                  // class java/lang/String
         9: invokevirtual #3                  // Method compare:(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I
        12: ireturn
      LineNumberTable:
        line 12: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   Lcom/roily/jvm/day01/AboutACCSYNTHETIC;
复制代码

ACC_ENUM

表示这个类是一个枚举类

其实可以看出枚举在编译的时候会被当做一个普通类处理，只不过会继承Enum

ACC_INTERFACE

表示是一个接口，而不是一个类。如果一个class文件被标识了ACC_INTERFACE那么他一定他也是抽象的，也就是得标志上ACC_ABSTRACT。

并且一个接口拿来就是为了实现的，那么就不能被标志上ACC_FINAL。

也不可以设置为ACC_ENUM和ACC_SUPER

ACC_ANNOTATION

表示为一个注解，被ACC_ANNOTATION标识就必须被ACC_INTERFACE标识。

ACC_SUPER

被ACC_SUPER标识的类，调用父类的方法会特殊处理。所有版本的编译器都应该设置这个标志（除了一些低版本的编译器）。jdk1.0.2及其之前版本的编译器生成的class文件标志位都没有ACC_SUPER标志。

目前来说我们接触到的编译器都会为我们生成ACC_SUPER标识。

特殊处理指的是什么呢？

子类在调用父类的方法的时候会使用一个叫invokespecial指令。

每一个方法都有一个CONSTANT_Methodref_info 结构来描述这个方法，而这个结构是编译期就决定的，如果此刻类上面没有ACC_SUPER标识，那么 invokespecial指令就会按照编译器生成的CONSTANT_Methodref_info结构来进行父类的调用。

举个例子：以下三个类存在如下继承关系，SonSon的super.parentMethod();肯定调用的Parent的方法，那么

SonSon的CONSTANT_Methodref_info结构内肯定存着这么一个信息。

public class Parent {
    void parentMethod() {
        System.out.println("parentMethod");
    }
}
class Son extends Parent {

}
class SonSon extends Son {
    void sonSonMethod() {
        super.parentMethod();
    }
}
复制代码

那么如果此刻如果我们对Son进行更新，添加一个parentMethod会怎么样呢？（不对SonSon进行重编译），只对Son重编译。如果没有ACC_SUPER标志那么SonSon调用的还是Parent的方法。如果存在ACC_SUPER标识则会特殊处理，去寻找最近的父类进行调用对应的方法。

class Son extends Parent {
    @Override
    void parentMethod() {
        System.out.println("SonMethod");
    }
}
复制代码

小结：

access_flags占用两个字节也就是16位，每一位可以表示一个ACC_FLAG，一个类存在多个ACC_FLAG会通过按位与的方式进行保存。

那么以上只有8个标志，那么还剩余的是为了以后预留的。