16、JVM实战 - 字节码与类的加载(一) -- class文件结构

这篇文章主要讲字节码文件结构和内容，比较需要靠记，我觉得也没那么重要，能查资料就行，视频可以看p204~p237

1. 概述

1.1 字节码文件的跨平台性

1.1.1 java语言：跨平台的语言

• 当java源代码成功编译成字节码后，如果想在不同的平台上面运行，则无须再次编译
• 这个优势不再那么吸引人了。 Python、PHP、Per1、Ruby、Lisp等有强大的解释器。
• 跨平台似乎己经快成为一门语言必选的特性。

1.1.2 java虚拟机：跨语言的平台

Java虚拟机不和包括]ava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格式所关联。无论使用何种语言进行软件开发，只要能将源文件编译为正确的Class文件，那么这种语言就可以在Java虚拟机上执行。可以说，统一而强大的Class文件结构，就是Java虚拟机的基石、桥梁。

所有的JVM全部遵守Java虚拟机规范，也就是说所有的JVM环境都是一样的，这样一来字节码文件可以在各种JVM上运行

1.1.3 想要让一个Java程序正确地运行在JVM中，Java源码就必须要被编译为符合JVM规范的字节码。

• 前端编译器的主要任务就是负责将符合Java语法规范的Java代码转换为符合JVM规范的字节码文件。
• javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。
• javac编译器在将]ava源码编译为一个有效的字节码文件过程中经历了4个步骤，分别是词法解析、语法解析、语义解析以及生成字节码

Oracle的JDK软件包括两部分内容：

• 一部分是将Java源代码编译成Java虚拟机的指令集的编译器
• 另一部分是用于实现]ava虚拟机的运行时环境。

1.2 java的前端编译器（了解）

前端编译器vs后端编译器

Java源代码的编译结果是字节码，那么肯定需要有一种编译器能够将Java源码编译为字节码，承担这个重要责任的就是配置在path环境变量中的 javac编译器。 javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。

1.3 透过字节码指令看代码细节

面试题：

1、 类文件结构有几个部分？；
2、 知道字节码么？字节码都有哪些，Integerx=5;inty=5;比较x==y都经过哪些步骤；

1.3.1 例一：

public class IntegerTest {

    public static void main(String[] args) {

        Integer x = 5;
        int y = 5;
        System.out.println(x == y);   // true

        Integer i1 = 10;
        Integer i2 = 10;
        System.out.println(i1 == i2);//true

        Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;
        System.out.println(i3 == i4);//false
    }
}

字节码：通过观察源码可以看出-128-127之间不会new出新对象

 0 iconst_5
 1 invokestatic #7 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
 4 astore_1
 5 iconst_5
 6 istore_2
 7 getstatic #13 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
10 aload_1
11 invokevirtual #19 <java/lang/Integer.intValue : ()I>
14 iload_2
15 if_icmpne 22 (+7)
18 iconst_1
19 goto 23 (+4)
22 iconst_0
23 invokevirtual #23 <java/io/PrintStream.println : (Z)V>
26 bipush 10
28 invokestatic #7 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
31 astore_3
32 bipush 10
34 invokestatic #7 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
37 astore 4
39 getstatic #13 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
42 aload_3
43 aload 4
45 if_acmpne 52 (+7)
48 iconst_1
49 goto 53 (+4)
52 iconst_0
53 invokevirtual #23 <java/io/PrintStream.println : (Z)V>
56 sipush 128
59 invokestatic #7 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
62 astore 5
64 sipush 128
67 invokestatic #7 <java/lang/Integer.valueOf : (I)Ljava/lang/Integer;>
70 astore 6
72 getstatic #13 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
75 aload 5
77 aload 6
79 if_acmpne 86 (+7)
82 iconst_1
83 goto 87 (+4)
86 iconst_0
87 invokevirtual #23 <java/io/PrintStream.println : (Z)V>
90 return

1.3.2 例二：

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {

        String str = new String("hello") + new String("world");
        String str1 = "helloworld";
        System.out.println(str == str1);   // false
        String str2 = new String("helloworld");
        System.out.println(str == str2);   // false
    }

    public void method1(){

    }

    public void method1(int num){

    }
}

 0 new #2 <java/lang/StringBuilder>
 3 dup
 4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init>>
 7 new #4 <java/lang/String>
10 dup
11 ldc #5 <hello>
13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
19 new #4 <java/lang/String>
22 dup
23 ldc #8 <world>
25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
34 astore_1
35 ldc #10 <helloworld>
37 astore_2
38 getstatic #11 <java/lang/System.out>
41 aload_1
42 aload_2
43 if_acmpne 50 (+7)
46 iconst_1
47 goto 51 (+4)
50 iconst_0
51 invokevirtual #12 <java/io/PrintStream.println>
54 new #4 <java/lang/String>
57 dup
58 ldc #10 <helloworld>
60 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
63 astore_3
64 getstatic #11 <java/lang/System.out>
67 aload_1
68 aload_3
69 if_acmpne 76 (+7)
72 iconst_1
73 goto 77 (+4)
76 iconst_0
77 invokevirtual #12 <java/io/PrintStream.println>
80 return

1.3.3 例三：

/*
成员变量（非静态的）的赋值过程： 
    ① 默认初始化 
    ② 显式初始化 /代码块中初始化 
    ③ 构造器中初始化 
    ④ 有了对象之后，可以“对象.属性”或"对象.方法"的方式对成员变量进行赋值。
 */
class Father {

    int x = 10;

    public Father() {

        this.print();
        x = 20;
    }
    public void print() {

        System.out.println("Father.x = " + x);
    }
}

class Son extends Father {

    int x = 30;
//    float x = 30.1F;
    public Son() {

        this.print();
        x = 40;
    }
    public void print() {

        System.out.println("Son.x = " + x);
    }  //Son.x = 0 Son.x = 30
}

public class SonTest {

    public static void main(String[] args) {

        Father f = new Son();
        System.out.println(f.x); // 20
    }
}

结果：

输出结果
Son.x = 0
Son.x = 30
20

分析：

1、 因为newSon()，所以先要初始化son；
2、 要想初始化son，就得先初始化father；
3、 所以会先调用父类的初始化方法，父类初始化方法中调用this.print()；
4、 由于new的是子类对象son，并且son重写父类的print()方法，所以调用的其实是子类的print()方法；
5、 由于调用子类print()方法时，子类的x还没有初始化，所以此时x的值是默认初始化值即0；
6、 初始化son，调用son中的初始化方法，初始化方法中调用了this.print()方法，此时x已经被赋值为30，所以打印出30；
7、 接着调用f.x，由于属性不存在多态性，所以调用的就是父类中的x即20；

 0 aload_0
 1 invokespecial #1 <com/yxj/java/Father.<init>>
 4 aload_0
 5 bipush 30
 7 putfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
10 aload_0
11 invokevirtual #3 <com/yxj/java/Son.print>
14 aload_0
15 bipush 40
17 putfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
20 return
 0 getstatic #4 <java/lang/System.out>
 3 new #5 <java/lang/StringBuilder>
 6 dup
 7 invokespecial #6 <java/lang/StringBuilder.<init>>
10 ldc #7 <Son.x = >
12 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.append>
15 aload_0
16 getfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #10 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 invokevirtual #11 <java/io/PrintStream.println>
28 return

2. 虚拟机的基石：class文件

2.1 字节码文件里是什么？

源代码经过编译器编译之后便会生成一个字节码文件，字节码是一种二进制的类文件，它的内容是JVM的指令，而不像C、C++经由编译器直接生成本地机器码

2.2 什么是字节码指令（byte code）？

Java虚拟机的指令由一个字节长度的，代表着某种特定操作含义的操作码(opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数的操作数（operand）所构成

虚拟机中许多指令并不包含操作数，只有一个操作码。

由于指令只有一个字节大小，所以最多只有256个，对于添加新的指令要非常小心，超过256个可就完蛋了

2.3 如何解读供虚拟机解释执行的二进制字节码？

三种方式：

1、 使用Notepad++查看，安装HEX-Editor插件后进行查看；

2、 使用javap指令，JDK自带的反解析工具；
3、 （使用）使用IDEA插件，jclasslib或jclasslibbytecodeviewer客户端工具；

3.Class文件结构

3.1 Class类的本质

任何一个Class文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息，但反过来说Class文件实际上它并不一定以磁盘文件形式存在。Class文件是一组以字节为基础单位的二进制流，在内存中的表现形式为字节数组

3.2 Class文件格式

Class的结构不像XML等描述语言，由于它没有任何分隔符号。所以在其中的数据项，无论是字节顺序还是数量，都是被严格限定的。哪个字节代表什么含义，长度是多少，先后顺序如何，都不允许改变

Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的方式进行数据存储，这种结构中只有两种数据类型：无符号数和表：

• 无符号数：属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节、8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值
• 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，所有表都习惯性地以"_info"结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上就是一张表。由于表没有固定长度，所以通常会在其前面加上个数说明

3.3 Class文件结构概述

Class文件的结构并不是一成不变的，随着java虚拟机的不断发展，总是不可避免地会对Class文件结构做出一些调整，但是其基本机构和框架是非常稳定的。

Class文件的总体结构如下：

• 魔数
• Class文件版本
• 常量池
• 访问标志
• 类索引、父类索引、接口索引集合
• 字段表集合
• 方法表集合
• 属性表集合

有如下代码：

public class Demo {

    private int num = 1;

    public int add() {

        num = num + 2;
        return num;
    }
}

字节码文件内容：

转入到excel中：

3.3.1 魔数（class文件的标识）

• 每个Class文件开头的4个字节的无符号整数称为魔数（Magic Number）
• 它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的有效合法的Class文件。即：魔数是Class文件的标识符
• 魔数值固定为0xCAFEBABE，不会改变
• 如果一个 Class 文件不以0xCAFEBABE开头，虚拟机在进行文件校验的时候就会直接抛出以下错误：
  
• 使用魔数而不是扩展名来进行识别是基于安全方面的考虑，因为文件扩展名可以随意改动

3.3.2 Class文件版本号

• 紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号。同样也是4个字节。第5个和第6个字节所代表的含义就是编译的副版本号minor_version，而第7个和第8个字节就是编译的主版本号major_version
• 它们共同构成了Class文件的格式版本号。譬如某个Class文件的主版本号为M，服版本号为m，那么这个Class文件的格式版本号就确定为M.m版本号和Java编译器的对应关系如下表：

• Java的版本号是从45开始的，JDK 1.1之后的每个JDK大版本发布主版本号向上加1

• 不同版本的Java编译器编译的Class文件对应的版本是不一样的。目前，高版本的Java虚拟机可以执行由低版本编译器生成的Class文件，但是低版本的Java虚拟机不能执行由高版本编译器生成的Class文件。否则JVM会抛出java.lang.UnsupportedClassVersionError异常（向下兼容）

• 在实际应用中，由于开发环境和生产环境的不同，可能会导致该问题的发生。因此，需要我们在开发时，特别注意开发编译的JDK版本和生产环境的JDK版本是否一致

• 虚拟机JDK版本为1.k (k >= 2)时，对应的Class文件格式版本号的范围为45.0 - 44 + k.0（含两端）

3.3.3 常量池：存放所有常量

• 常量池是Class文件中内容最为丰富的区域之一。常量池对于Class文件中的字段和方法解析也有着至关重要的作用

• 随着Java虚拟机的不断发展，常量池的内容也日渐丰富，可以说常量池是整个Class文件的基石

• 在版本号之后，紧跟着的是常量池的数量，以及若干个常量池表项

• 常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的无符号数，代表常量池容量计数值（constant_pool_count），与Java中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从1而不是0开始的。通常我们写代码时都是从0开始的，但是这里的常量池却是从1开始，因为它把第0项常量空出来了。

• 这是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达"不引用任何一个常量池项目"的含义，这种情况可用索引值0来表示

• 例如后面的父类索引，Object类没有父类，所以它的父类索引在常量池中就是0

常量池表是一种表结构，索引为1到（constant_pool_count - 1）

常量池中主要存放两大常量：字面量和符号引用

• 字面量：使用""引起来的字符串、使用final修饰的基本数据类型变量
• 符号引用：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

常量项大概有14种，结构都是标记字节（1字节） + 其他。比较常见的有CONSTANT_utf8_info、CONSTANT_class_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_Fieldref_info等

由上表可见，Class件使用一个前置的容量计数器( constant_pool_ count)加若个连续的数据项( constant_pool)的形式来描述常量池内容。我们把这一系列连续常量池数据称为常量池集合。

• 常量池表顶中，用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区（元空间）的运行时常量池

3.3.3.1 constant_pool_count（常量池计数器）

• 由于常量池的数量不固定，时长时短，所以需要放置两个字节来表示常量池容量计数值。
• 常量池容量计数值(u2类型)：从1开始，表示常量池中有多少项常量。即 constant_pool_ count=1表示常量池中有0个常量项
• Demo的值为
  
  其值为0x0016,掐指一算，也就是22。需要注意的是，这实际上只有21项常量。索引为范围是1-21。为什么呢？
• 通常我们写代码时都是从开始的，但是这里的常量池却是从1开始，因为它把第0项常星空出来了。这是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达"不引用任何一个常量池项目”的含义，这种情況可用索引0来表示

3.3.3.2 constant_pool[]（常量池表）

• constant_pool是一种表结构，以1~ constant_pool_ count-1为素引。表明了后面有多少个常量项。
• 常量池主要存放两大类常量：字面量( Literal)和符号引用( Symbolic References)
• 它包含了class文件结构及其子结构中引用的所有字符串常量、类或接口名、字段名和其他常量。常量池中的每一项都具各相同的特征。第1个字节作为类型标记，用于确定该项的格式，这个字节称为 tag byte(标记字节、标签字节)。

3.3.3.2.1 字面量和符号引用

在对这些常量解读前，我们需要搞清楚几个概念。
常量池主要存放两大类常量：字面量( Literal)和符号引用( Symbolic References)。如下表：

• 字面量：

• 文本字符串：String a = "abc";

• 声明为final的常量值：final int b = 10;

• 符号引用

• 全限定名：com/yxj/test/Demo这个就是类的全限定名，仅仅是把包名的".“替换成”/“,为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一”;"表示全限定名结束。

• 简单名称：是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，上面例子中的类的add()方法和num字段的简单名称分别是aad和num描述符

• 描述符：作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表(包括数量、类型以及顺序)和返回值。根据描述符规则，基本数据类型(byte、char、 double、float、int、long、 short、 boolean)以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，详见下表：（用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号"()"之内。如方法java.lang String tostring()的描述符为()Ljava/lang/String;,方法 int abc(int [] x,int y)的描述符为([II)I）

补充说明：
虚拟机在加载class文件时オ会进行链接，也就是说，Class文件中不会保存各个方法和字段的最终内存布局信息，因此，这些字段和方法的符号引用不经过转换是无法直接被虚拟机使用的。当虚拟机运行时，需要从常量池中获得对应的符号引用，再在类加载过程中的解析阶段将其替换为直接引用，并翻译到具体的内存地址中这里说明下符号引用和直接引用的区别与关联：

• 符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定己经加载到了内存中。
• 直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相対偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那说明引用的目标必定已经存在于内存之中了。

3.3.3.2.2 常量类型和结构

可看视频p219进行理解

• 总结1:

• 这14种表（或者常量项结构）的共同点是：表开始的第一位是一个u1类型的标志位(tag),代表当前这个常量项使用的是哪种表结构，即哪种常量类型。

• 在常量池列表中， CONSTANT_Utf8info常量项是一种使用改进过的UTF-8编码格式来存储诸如文字字符串、类或者接口的全限定名、字段或者方法的简单名称以及描述符等常量字符串信息。

• 这14种常量项结构还有一个特点是，其中13个常量项占用的字节固定，只有 CONSTANT_Utf8_info占用字节不固定，其大小由length决定。为什么呢？因为从常量池存放的内容可知，其存放的是字面量和符号引用，最终这些内容都会是一个字符串，这些字符串的大小是在编写程序时才确定，比如你定义一个类，类名可以取长取短，所以在没编译前，大小不固定,编译后，通过utf-8编码，就可以知道其长度

• 总结2:

• 常量池：可以理解为class文件之中的资源仓库，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型（后面的很多数据类型都会指向此处），也是占用class文件空间最大的数据项目之一

• 常量池中为什么要包含这些内容？
  Java代码在进行Javac编译的时候，并不像C和C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载Class文件的时候进行动态链接。也就是说，在Class文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。关于类的创建和动态链接的内容，在虚拟机类加载过程时再进行详细讲解

3.3.4 访问标识（access_flag）

• 在常量池后，紧跟着访问标记。该标记使用两个字节表示，用于识別一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口：是否定义为 public类型：是否定义为 abstract类型：如果是类的话，是否被声明为fin等。各种访问标记如下所示
  
• 类的访问权限通常为ACC_开头的常量。
• 每一种类型的表示都是通过设置访问标记的32位中的特定位来实现的。比如，若是public final的类，则该标记为ACC_PUBLIC|ACC_FINAL
• 使用ACC_ SUPER可以让类更准确地定位到父类的方法 super. method(),现代编译器都会设置并且使用这个标记。

补充说明

1、 带有AC_INTERFACE标志的class文件表示的是接口而不是类，反之则表示的是类而不是接口；

1、 如果一个class文件被设置ACCINTERFACE标志，那么同时也得设置ACCABSTRACT标志同时它不能再设置ACC_FINAL、ACC_SUPER或ACC_ENUM标志；
2、 如果没有设置ACC_INTERFACE标志，那么这个class文件可以具有上表中除ACC_ANNOTATION外的其他所有标志当然，ACC_FINAL和ACC_ABSTRACT这类互斥的标志除外这两个标志不得同时设置；
2、 ACC_SUPER标志用于确定类或接口里面的invokespecial指令使用的是哪一种执行语义针对Java虚拟机指令集的编译器都应当设置这个标志对于]JavaSE8及后续版本来说，无论class文件中这个标志的实际值是什么，也不管class文件版本号是多少，Java虚拟机都认为每个class文件均设置了ACC_SUPER标志；

1、 ACC_SUPER标志是为了向后兼容由旧Java编译器所编译的代码而设计的目前的ACC_SUPER标志在由JDK1.0.2之前的编译器所生成的access_flags中是没有确定含义的，如果设置了该标志，那么Oracle的Java虚拟机实现会将其忽略；
3、 ACC_SYNTHETIC标志意味着该类或接口是由编译器生成的，而不是由源代码生成的；
4、 注解类型必须设置ACC_ANNOTATION标志如果设置了ACC_ANNOTATION标志，那么也必须设置ACC_INTERFACE标志；
5、 ACC_ENUM标志表明该类或其父类为枚举类型；
6、 表中没有使用的access_flags标志是为未来扩充而预留的，这些预留的标志在编译器中应该设置为0,Java虚拟机实现也应该忽略它们；

3.3.7 类索引（this_class）、父类索引（super_class）、接口索引集合（interfaces_count、interfaces[]）

• 在访问标记后，会指定该类的类別、父类类别以及实现的接口，格式如下：
  

• 这三项数据来确定这个类的继承关系

• 类索引用于确定这个类的全限定名

• 父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。由于java语言不允许多重继承，所以福类索引只有一个，除了java.lang.Object之外，所有的java类都有弗雷，因为除了Object外，所有java类的父类索引都不为0

• 接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口欧将按implements语句（如果这个类本身是一个接口，则应当是extends语句）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中

• 类索引（this_class）：类索引用于确定这个类的全限定名，2字节无符号整数，指向常量池的索引。它提供了类的全限定名，如com/study/java1/Demo。this_Class的值必须是对常量池表中某项的一个有效索引值。常量池在这个索引处的成员必须为CONSTANT_Class_info类型结构体，该结构体表示这个Class文件所定义的类或接口

• 父类索引（super_class）

• 2字节无符号整数，指向常量池的索引。它提供了当前类的父类的全限定名。如果我们没有继承任何类，其默认继承的是java/lang/Object 类。同时，由 于Java不支持多继承，所以其父类只有一个

• superClass指向的父类不能是final

• 接口索引集合（interfaces_count、interfaces[]）

• interfaces_count项的值表示当前类或接口的直接超接口数量。

• interfaces[]中每个成员的值必须是对常量池表中某项的有效索引值，它的长度为interfaces_count。每个成员interfaces[i]必须为CONSTANT_Class_info结构，其中0 <= i < interfaces_count。在interfaces[]中，各成员所表示的接口顺序和对应的源代码中给定的接口顺序（从左至右）一样，即 interfaces[0]对应的是源代码中最左边的接口

3.3.8 字段表集合

fields

• 用于描述接口或类中声明的变量。字段(field)包括类级变量以及实例级变量，不包括方法内部、代码块内部声明的局部变量。
• 字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。
• 它指向常量池索引集合，它描述了每个字段的完整信息。比如**字段的标识符、访问修饰符（public、 private或protected)、是类变量还是实例变量( static修饰符)、是否是常量(final修饰符)**等。

注意事项：

• 字段表集合中不会列出从父类或者实现的接口中继承而来的字段，但有可能列出原本Java代码之中不存在的字段。比如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。
• 在Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的。

3.3.8.1 字段计数器(fields_count)

fields_count的值表示当前class文件fields表的成员个数。使用两个字节来表示。

fields表中每个成员都是一个 field_info结构，用于表示该类或接口所声明的所有类字段或者实例字段，不包括方法内部声明的变量，也不包括从父类或父接口继承的那些字段。

3.3.8.2 fields[]（字段表）

• fields表中的每个成员都必须是一个 fields_infd结构的数据项，用手表示当前类或接口中某个字段的完整描述

• 一个字段的信息包括如下这些信息。这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有，要么没有

• 作用域( public、 private、 protected修饰符)：是实例变量还是类变量( static修饰符)

• 可变性( final)

• 并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主内存读写

• 可否序列化( transient修饰符)

• 字段数据类型(基本数据类型、对象、数组)

• 字段名称

• 字段表结构
  字段表作为一个表，同样有他自己的结构
  
  1、 字段访问标志（access_flags）![ ][nbsp14]；
  2、 字段名索引（name_index）；
  根据字段名索引的值，查询常量池中的指定索引项即可
  3、 描述符索引字段的数据类型（基本数据类型、引用数据类型和数组）；
  
  4、 属性表集合（属性个数和属性表数组）；
  一个字段还可能拥有一些属性，用于存储更多的额外信息。比如初始化值、 一些注释信息等。
  属性个数存放在attribute_count中，属性具体内容存放在attributes数组中
  以常量属性为例，结构为：常量属性结构
  
  

3.3.9 方法表集合

分为方法表计数器以及方法表数组

3.3.9.1 方法表计数器：methods_count

表示有多少个方法表

• methods_count的值表示当前class文件methods表的成员个数。使用两个字节表示
• methods[]表中每个成员都是一个method_info结构

3.3.9.2 方法表methods[]

• 访问标志
  
• 方法名索引：对应常量池中CONSTANT_Uft8_info方法的名称
• 描述符索引：对应常量池中符号引用方法的返回值和参数列表
• 属性计数器：有多少个属性
• 属性表：和前面字段表中的属性表类似，后面详细解释

3.3.10 属性表集合

3.3.10.1属性计数器：attributes_count

表示有多少个属性表

attributes_count的值表示当前class文件属性表的个数。属性表中每一项都是一个attribute_info结构

3.3.10.2 属性表

属性表的每个项的值必须是attribute_info结构。属性表的结构比较灵活，各种不同的属性只要满足以下结构即可：

1、 属性表通用格式；

• 属性名索引：在常量池中的索引，其实引用的字符串常量
• 属性长度：有多少个字节，便于校验
• 属性表：Java8中定义了23中属性表
  

3.3.10.2.1 常见的Code属性表

Code属性就是存放方法体里面的代码，但是并非所有方法表都有Code属性，像接口或者抽象方法，他们没有具体的方法体，因此也就不会有Code属性了

3.3.10.2.2 常见的LineNumberTable属性表

LineNumberTable属性是可选变长属性，位于Code结构的属性表
LineNumberTable属性是用来描述Java源码行号与字节码行号之间的对应关系，这个属性可以用来在调试的时候定位代码执行的行数

LineNumberTable属性表结构

3.3.10.2.3 常见的LocalVariableTable属性表

LocalVariableTable是可选变长属性，位于Code属性的属性表中。
它被调试器用于确定方法在执行过程中局部变量的信息

LocalVariableTable属性表结构

• attribute_name_index：属性表名称常量池表索引
• attribute_length：属性表长度
• local_variable_table_length：局部变量个数
• start_pc + length：这个变量在方法内的作用于
• name_index：变量名在常量池表的索引
• descriptor_index：局部变量数据类型在常量池表的索引
• index：变量在局部变量表中的槽位

3.3.10.2.4 sourceFile属性

3.3.11 总结

随着Java平台的不断发展，在将来Class文件的内容也一定会做进一步的扩充，但是其基本的格式和结构不会做重大调整
从Java虚拟机的角度看，通过Class文件，可以让更多的计算机语言支持Java虚拟机平台。因此，Class文件结构不仅仅是Java虚拟机的执行入口，更是Java生态圈的基础和核心

4. 使用javap指令解析Class文件

4.1 解析字节码的作用

4.2 javac -g操作

4.3 javap用法

用法格式：javap
其中，classes就是你要反编译的class文件
在命令行中直接输入javap或者javap -help可以看到javap的options有如下选项

4.4 总结