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    深入理解JVM之Class类文件结构详解

    栏目:代码类 时间:2019-09-15 14:01

    本文实例讲述了深入理解JVM之Class类文件结构。分享给大家供大家参考,具体如下:

    概述

    我们平时在DOS界面中往往需要运行先运行javac命令,这个命令的直接结果就是产生相应的class文件,然后基于这个class文件才可以真正运行程序得到结果。自然。这是Java虚拟机的功劳,那么是不是Java虚拟机只能编译.java的源文件呢?答案是否定的。时至今日,Java虚拟机已经实现了语言无关性的特点。而实现语言无关性的基础是虚拟机和字节码的存储格式,Java虚拟机已经不和包括Java语言在内的任何语言绑定。它只与“class”文件这种特定的二进制文件相关联。在class文件中包含了Java虚拟机指令集和符号表以及若干辅助信息。可以很容易想到Java(本质上不是Java语言本身的平台无关性,而是其底层的Java虚拟机的平台无关性使然。)的跨平台,因为任何一门功能性语言都可以表示为能被Java虚拟机接受的有效的class文件。比如,除了Java虚拟机可以将Java源文件直接编译为class文件外,使用JRuby等其他语言的编译器一样可以把程序代码编译成class文件,由此可见,Java虚拟机并不关心class文件是由何种语言编译来的。

    Class类文件结构

    Class文件是一组以8字节为基础单位的二进制流,各个数据项目严格按照顺序紧凑排列在class文件中,中间没有任何分隔符,这使得class文件中存储的内容几乎是全部程序运行的程序。Java虚拟机规范规定,Class文件格式采用类似C语言结构体的伪结构来存储数据,这种结构只有两种数据类型:无符号数和表。

    无符号数属于基本数据类型,主要可以用来描述数字、索引符号、数量值或者按照UTF-8编码构成的字符串值,大小使用u1、u2、u4、u8分别表示1字节、2字节、4字节和8字节。

    表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型,所有的表都习惯以“_info”结尾。那么表是干嘛的呢?表主要用于描述有层次关系的复合结构的数据,比如方法、字段。需要注意的是class文件是没有分隔符的,所以每个的二进制数据类型都是严格定义的。具体的顺序定义如下:

    Class文件

    在class文件中,主要分为魔数、Class文件的版本号、常量池、访问标志、类索引(还包括父类索引和接口索引集合)、字段表集合、方法表集合、属性表集合。

    魔数与Class文件版本号

    头4个字节是魔数,魔数的唯一作用在于确定这个Class文件是否是Java虚拟机接受的Class文件。如gif和jpeg等在文件头中都存在魔术,使用魔术而不是使用扩展名是基于安全性考虑的——扩展名可以随意被改变。Class文件的魔术值为“0xCAFEBABE”(咖啡宝贝?)。

    紧接着魔数的4个字节是Class文件版本号:版本号又分为次版本号和主版本号。其中前两个字节用于表示次版本号,后两个字节用于表示主版本号。这个的版本号是随着jdk版本的不同而表示不同的版本范围的。如果Class文件的版本号超过虚拟机版本,将被拒绝执行。

    常量池

    常量池可以简单理解为class文件的资源从库,这种数据类型是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型,也是占用Class文件空间最大的项目之一。在常量池中主要存放字面量符号引用。字面量比较接近Java语言层面的常量概念,比如文本字符串、声明为final的常量值等(百度百科的解释是字面量是用双引用号引住的一系列字符)。符号引用则主要包括三类常量:

    类和接口的全限定名 字段的名称和描述符 方法的名称和描述符。

    符号引用与直接引用的关联

    符号引用是一组符号,用来描述所引用的目标,符号是以任何形式存在的字面量。对于符号引用Java虚拟机并没有严格的限制。规定只需要使用的时候能够无歧义定位到目标就可以。常量池存在于Class文件中,而Class文件是必须首先通过Java虚拟机的类加载机制加载到内存中(确切的说是方法区这个内存区域,回顾一下,方法区存放的主要是对象的实例,这个Class文件是虚拟机对外接受访问的接口)。符号引用属于常量池中的内容,那么是不是说符号引用的目标已经加载到内存中了呢?答案是否定的,因为