类加载与字节码技术

JVM_06 类加载与字节码技术(类文件结构)_class

1、类文件结构

一个简单的 HelloWorld.java 程序：

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world!");
    }
}

接下来执行：​​javac -parameters -d . HelloWorld.java​​​ 命令编译​​.java​​​文件为​​.class​​文件：

JVM_06 类加载与字节码技术(类文件结构)_jvm_02

获得二进制字节码文件后怎么读呢？有2种方式：

  • 方式一：JDK自带的反编译工具：​​javap -verbose XXX.class​​

JVM_06 类加载与字节码技术(类文件结构)_jdk_03

JVM_06 类加载与字节码技术(类文件结构)_class_04

根据 JVM 规范，类文件结构如下

JVM_06 类加载与字节码技术(类文件结构)_jvm_05



1.1 魔数(u4 magic)

魔数(u4 magic)：对应字节码文件的​​0~3​​​个字节，表示文件的特定类型，不同文件有自己不同的魔数信息，例如java的二进制​​.class​​文件的魔数类型就是如下：

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 091

对于这个cafebabe的由来就不再说了！



1.2 版本(u2 minor_version、u2 major_version)

版本：对应字节码文件的​​4~7​​个字节，表示类的版本 ：

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09

这里的十六进制 34H(00 34) 表示十进制的 52，代表的就是JDK8，依次类推：51 就是 JDK 7，53 就是JDK 9。



1.3 常量池

常量池表：

Constant Type 常量类型

Value 常量对应的序号（十进制）

CONSTANT_Class

7

CONSTANT_Fieldref

9

CONSTANT_Methodref

10

CONSTANT_InterfaceMethodref

11

CONSTANT_String

8

CONSTANT_Integer

3

CONSTANT_Float

4

CONSTANT_Long

5

CONSTANT_Double

6

CONSTANT_NameAndType

12

CONSTANT_Utf8

1

CONSTANT_MethodHandle

15

CONSTANT_MethodType

16

CONSTANT_InvokeDynamic

18

案例分析：

8~9 字节，表示常量池长度，00 23 （35） 表示常量池有 ​​#1~#34​​项，注意​​#0​​ 项不计入，也没有值

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09



第​​#1​​项 0a (十六进制) 对应的十进制是10，查找常量池表得知为CONSTANT_Methodref，即方法引用(方法信息)，00 06 （6） 和 00 15（21） 表示它引用了常量池中 ​​#6​​ 和​​#21​​ 项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】。

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09



第​​#2​​项 09 查找常量池表得知，表示一个 Field 信息，00 16（22）和 00 17（23） 表示它引用了常量池中 ​​#22​​ 和​​# 23​​ 项来获得这个成员变量的【所属类】和【成员变量名】

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09

0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07



第​​#3​​项 08 表示一个字符串常量名称，00 18（24）表示它引用了常量池中​​#24​​ 项

0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07



第​​#4​​项 0a 表示一个 Method 信息，00 19（25） 和 00 1a（26） 表示它引用了常量池中 ​​#25​​ 和 ​​#26​​ 项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】

0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07



第​​#5​​项 07 表示一个 Class 信息，00 1b（27） 表示它引用了常量池中 ​​#27​​ 项

0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07



第​​#6​​项 07 表示一个 Class 信息，00 1c（28） 表示它引用了常量池中 ​​#28​​ 项

0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07

0000040 00 1c 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29



第​​#7​​项 01 表示一个 utf8 串，00 06 表示长度，3c 69 6e 69 74 3e 是【 】

0000040 00 1c 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29



第​​#8​​项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，28 29 56 是【()V】其实就是表示无参、无返回值

0000040 00 1c 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29

0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e



第​​#9​​项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，43 6f 64 65 是【Code】

0000060 56 ​​01 00 04 43 6f 64 65​​ 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e



第​​#10​​项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65
是【LineNumberTable】

0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 ​​01 00 0f 4c 69 6e 65 4e​​

0000100 ​​75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65​​ 01 00 12 4c 6f 63



第​​#11​​项 01 表示一个 utf8 串，00 12（18） 表示长度，4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61
62 6c 65是【LocalVariableTable】

0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 ​​01 00 12 4c 6f 63​​

0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01



第​​#12​​项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【this】

0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01

0000140 00 04 74 68 69 73` 01 00 1d 4c 63 6e 2f 69 74 63



第​​#13​​项 01 表示一个 utf8 串，00 1d（29） 表示长度，是【Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld;】

0000140 00 04 74 68 69 73 ​​01 00 1d 4c 63 6e 2f 69 74 63​​

0000160 ​​61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c 6f​​



第​​#14​​项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【main】

0000200 57 6f 72 6c 64 3b ​​01 00 04 6d 61 69 6e​​ 01 00 16



第​​#15​​项 01 表示一个 utf8 串，00 16（22） 表示长度，是【([Ljava/lang/String;)V】其实就是参数为
字符串数组，无返回值

0000200 57 6f 72 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e​​01 00 16​​

0000220 ​​28 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72​​

0000240 ​​69 6e 67 3b 29 56​​ 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13



第​​#16​​项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，是【args】

0000240 69 6e 67 3b 29 56 ​​01 00 04 61 72 67 73​​ 01 00 13



第​​#17​​项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【[Ljava/lang/String;】

0000240 69 6e 67 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 ​​01 00 13​​ 0000260 ​​5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e​​

​​67 2f 53 74 72 69​​ 0000300 ​​6e 67 3b​​ 01 00 10 4d 65 74 68 6f 64 50 61 72 61



第​​#18​​项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【MethodParameters】

0000300 6e 67 3b ​​01 00 10 4d 65 74 68 6f 64 50 61 72 61​​

0000320 ​​6d 65 74 65 72 73​​ 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46



第​​#19​​项 01 表示一个 utf8 串，00 0a（10） 表示长度，是【SourceFile】

0000320 6d 65 74 65 72 73 ​​01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46​​

0000340 ​​69 6c 65​​ 01 00 0f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64



第​​#20​​项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【HelloWorld.java】

0000340 69 6c 65 ​​01 00 0f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64​​ 0000360 ​​2e 6a 61 76 61​​ 0c 00 07 00 08 07
00 1d 0c 00 1e



第​​#21​​项 0c 表示一个 【名+类型】，00 07 00 08 引用了常量池中 ​​#7​​ ​​#8​​ 两项
0000360 2e 6a 61 76 61 ​​0c 00 07 00 08​​ 07 00 1d 0c 00 1e



第​​#22​​项 07 表示一个 Class 信息，00 1d（29） 引用了常量池中 ​​#29​​ 项
0000360 2e 6a 61 76 61 0c 00 07 00 08 ​​07 00 1d​​ 0c 00 1e



第​​#23​​项 0c 表示一个 【名+类型】，00 1e（30） 00 1f （31）引用了常量池中 ​​#30​​ ​​#31​​ 两项 0000360 2e 6a 61 76 61 0c 00 07 00 08 07 00 1d​​0c 00 1e​​

0000400​​00 1f​​ 01 00 0b 68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64



第​​#24​​项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【hello world】

0000400 00 1f​​01 00 0b 68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64​​



第​​#25​​项 07 表示一个 Class 信息，00 20（32） 引用了常量池中 ​​#32​​ 项

0000420 ​​07 00 20​​ 0c 00 21 00 22 01 00 1b 63 6e 2f 69 74



第​​#26​​项 0c 表示一个 【名+类型】，00 21（33） 00 22（34）引用了常量池中 ​​#33​​ ​​#34​​ 两项

0000420 ​​07 00 20​​ 0c 00 21 00 22 01 00 1b 63 6e 2f 69 74



第​​#27​​项 01 表示一个 utf8 串，00 1b（27） 表示长度，是【cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld】

0000420 07 00 20 0c 00 21 00 22 ​​01 00 1b 63 6e 2f 69 74​​

0000440 ​​63 61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c​​

0000460 ​​6f 57 6f 72 6c 64​​ 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61



第​​#28​​项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/Object】

0000460 6f 57 6f 72 6c 64 ​​01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61​​

0000500 ​​6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74​​ 01 00 10 6a 61 76 61



第​​#29​​项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/System】

0000500 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 ​​01 00 10 6a 61 76 61​​

0000520 ​​2f 6c 61 6e 67 2f 53 79 73 74 65 6d​​ 01 00 03 6f



第​​#30​​项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，是【out】

0000520 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79 73 74 65 6d ​​01 00 03 6f​​

0000540 ​​75 74​​ 01 00 15 4c 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72



第​​#31​​项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【Ljava/io/PrintStream;】

0000540 75 74 ​​01 00 15 4c 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72​​

0000560 ​​69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 3b​​ 01 00 13 6a 61 76



第​​#32​​项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【java/io/PrintStream】

0000560 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 3b ​​01 00 13 6a 61 76​​

0000600 ​​61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d​​



第​​#33​​项 01 表示一个 utf8 串，00 07 表示长度，是【println】
0000620 ​​01 00 07 70 72 69 6e 74 6c 6e​​ 01 00 15 28 4c 6a



第​​#34​​项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【(Ljava/lang/String;)V】

0000620 01 00 07 70 72 69 6e 74 6c 6e ​​01 00 15 28 4c 6a​​

0000640 ​​61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b​​

0000660 ​​29 56​​ 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01




1.4 访问标识与继承信息

21 表示该 class 是一个类，公共的类，查下面表中第得到 （0x0001 + 0x0020）​​ACC_PUBLIC + ACC_SUPER​​ ：

0000660 29 56 ​​00 21​​ 00 05 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01 05

表示根据常量池中 ​​#5​​ 找到本类全限定名：

0000660 29 56 00 21 ​​00 05​​ 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01 06

表示根据常量池中 ​​#6​​ 找到父类全限定名：

0000660 29 56 00 21 00 05​​00 06​​ 00 00 00 00 00 02 00 01

表示接口的数量，本类为 0：

0 0000660 29 56 00 21 00 05 00 06​​00 00​​ 00 00 00 02 00 01

Flag Name

Value

Interpretation

ACC_PUBLIC

0x0001

Declared public ; may be accessed from outside its package.(公共)

ACC_FINAL

0x0010

Declared final ; no subclasses allowed.(Final)

ACC_SUPER

0x0020

Treat superclass methods specially when invoked by the invokespecial instruction.(类)

ACC_INTERFACE

0x0200

Is an interface, not a class.(接口)

ACC_ABSTRACT

0x0400

Declared abstract ; must not be instantiated.(抽象)

ACC_SYNTHETIC

0x1000

Declared synthetic; not present in the source code.(人工合成的代码，非源代码)

ACC_ANNOTATION

0x2000

Declared as an annotation type. (注解)

ACC_ENUM

0x4000

Declared as an enum type. (枚举)


1.5 Field 信息

表示成员变量数量，本类为 0

0 0000660 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 ​​00 00​​ 00 02 00 01

FieldType

Type

Interpretation

B

byte

signed byte

C

char

Unicode character code point in the Basic Multilingual Plane, encoded with UTF-16

D

double

double-precision floating-point value

F

float

single-precision floating-point value

I

int

integer

J

long

long integer

L ClassName ;

reference

an instance of class ClassName

S

short

signed short

Z

boolean

true or false

[

reference

one array dimension


1.6 Method 信息

表示方法数量，本类为 2

0000660 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 ​​00 02​​ 00 01

一个方法由 访问修饰符，名称，参数描述，方法属性数量，方法属性组成：


  • 红色代表访问修饰符（本类中是 public）
  • 蓝色代表引用了常量池 ​​#07​​ 项作为方法名称
  • 绿色代表引用了常量池 ​​#08​​ 项作为方法参数描述
  • 黄色代表方法属性数量，本方法是 1
  • 红色代表方法属性

    • 00 09 表示引用了常量池 ​​#09​​ 项，发现是【Code】属性
    • 00 00 00 2f 表示此属性的长度是 47
    • 00 01 表示【操作数栈】最大深度
    • 00 01 表示【局部变量表】最大槽（slot）数
    • 2a b7 00 01 b1 是字节码指令
    • 00 00 00 02 表示方法细节属性数量，本例是 2
    • 00 0a 表示引用了常量池 ​​#10​​ 项，发现是【LineNumberTable】属性

      • 00 00 00 06 表示此属性的总长度，本例是 6
      • 00 01 表示【LineNumberTable】长度
      • 00 00 表示【字节码】行号 00 04 表示【java 源码】行号

    • 00 0b 表示引用了常量池 ​​#11​​项，发现是【LocalVariableTable】属性

      • 00 00 00 0c 表示此属性的总长度，本例是 12
      • 00 01 表示【LocalVariableTable】长度
      • 00 00 表示局部变量生命周期开始，相对于字节码的偏移量
      • 00 05 表示局部变量覆盖的范围长度
      • 00 0c 表示局部变量名称，本例引用了常量池​​#12​​ 项，是【this】
      • 00 0d 表示局部变量的类型，本例引用了常量池 ​​#13​​ 项，是 【Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld;】
      • 00 00 表示局部变量占有的槽位（slot）编号，本例是 0



0000660 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01

0000700 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 2f 00 01 00 01

0000720 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 02 00 0a 00

0000740 00 00 06 00 01 00 00 00 04 00 0b 00 00 00 0c 00

0000760 01 00 00 00 05 00 0c 00 0d 00 00 00 09 00 0e 00


  • 红色代表访问修饰符（本类中是 public static）
  • 蓝色代表引用了常量池​​#14​​ 项作为方法名称
  • 绿色代表引用了常量池 ​​#15​​ 项作为方法参数描述
  • 黄色代表方法属性数量，本方法是 2
  • 红色代表方法属性（属性1）

    • 00 09 表示引用了常量池 ​​#09​​ 项，发现是【Code】属性
    • 00 00 00 37 表示此属性的长度是 55
    • 00 02 表示【操作数栈】最大深度
    • 00 01 表示【局部变量表】最大槽（slot）数
    • 00 00 00 05 表示字节码长度，本例是 9
    • b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 是字节码指令
    • 00 00 00 02 表示方法细节属性数量，本例是 2
    • 00 0a 表示引用了常量池 ​​#10​​ 项，发现是【LineNumberTable】属性

      • 00 00 00 0a 表示此属性的总长度，本例是 10
      • 00 02 表示【LineNumberTable】长度
      • 00 00 表示【字节码】行号 00 06 表示【java 源码】行号
      • 00 08 表示【字节码】行号 00 07 表示【java 源码】行号

    • 00 0b 表示引用了常量池 ​​#11​​ 项，发现是【LocalVariableTable】属性

      • 00 00 00 0c 表示此属性的总长度，本例是 12
      • 00 01 表示【LocalVariableTable】长度
      • 00 10 表示局部变量名称，本例引用了常量池 ​​#16​​ 项，是【args】
      • 00 11 表示局部变量的类型，本例引用了常量池 ​​#17​​ 项，是【[Ljava/lang/String;】
      • 00 00 表示局部变量占有的槽位（slot）编号，本例是 0



0000760 01 00 00 00 05 00 0c 00 0d 00 00 00 09 00 0e 00

0001000 0f 00 02 00 09 00 00 00 37 00 02 00 01 00 00 00

0001020 09 b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 00 00 00 02 00 0a

0001040 00 00 00 0a 00 02 00 00 00 06 00 08 00 07 00 0b

0001060 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 09 00 10 00 11 00 00

红色代表方法属性（属性2）

  • 00 12 表示引用了常量池 ​​#18​​ 项，发现是【MethodParameters】属性

    • 00 00 00 05 表示此属性的总长度，本例是 5
    • 01 参数数量
    • 00 10 表示引用了常量池 ​​#16​​ 项，是【args】
    • 00 00 访问修饰符

0001100 00 12 00 00 00 05 01 00 10 00 00 00 01 00 13 00

0001120 00 00 02 00 14



1.7 附加属性


  • 00 01 表示附加属性数量
  • 00 13 表示引用了常量池 #19 项，即【SourceFile】
  • 00 00 00 02 表示此属性的长度
  • 00 14 表示引用了常量池 #20 项，即【HelloWorld.java】

0001100 00 12 00 00 00 05 01 00 10 00 00 ​​00 01 00 13 00​​