在Java虛擬機中，類和對象是程式的基本組成單元。類定義了一組對象的共性特征和行為，是Java程式中最基本的代碼單元。而對象則是具體的實例，有自己獨特的狀態和行為。在JVM中，類和對象都需要進行存儲，因此瞭解類和對象的存儲基礎知識對於Java程式員來說是非常重要的。 ...
1 類文件數據結構類型
Class文件結構主要有兩種數據結構：無符號數和表
•無符號數：用來表述數字，索引引用、數量值以及字元串等，比如 圖1中類型為u1,u2,u4,u8分別代表1個位元組，2個位元組，4個位元組，8個位元組的無符號數
•表：表是有由多個無符號數以及其它的表組成的複合結構，比如圖1中類型以_info結尾的項為表類型。
2 類結構定義
Class類文件是緊湊、順序、無空隙的，魔數（MagicNumber）、Class文件版本（Version）、常量池（Constant_Pool）、訪問標記（Access_flag）、本類（This_class）、父類（Super_class）、介面（Interfaces）、欄位集合（Fields）、方法集合（Methods ）、屬性集合（Attributes）。其中因為java多繼承所以interfaces介面類型為數組；attribute_info則是方法表中定義的code索引，指向具體的方法體位元組碼。如圖1所示。
下麵用一段程式做說明，此類有介面，有方法、類變數和實例變數，機器是如何識別位元組碼然後按照上面的規則來定義此class類呢？
package com.jd.crm.Logback;
public class TestClass implements Super{
private static final int staticVar = 0;
private int instanceVar=0;
public int instanceMethod(int param) throws Exception{
return param ++;
}
}
interface Super{ }
通過javap幫助解析class文件格式如下：
Classfile /D:/spm-workspace/test/target/classes/com/jd/crm/Logback/TestClass.class
Last modified 2023-4-14; size 597 bytes
MD5 checksum 9d5dd9fc2145ac17393fee7a707d3b9c
Compiled from "TestClass.java"
public class com.jd.crm.Logback.TestClass implements com.jd.crm.Logback.Super
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #4.#26 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #3.#27 // com/jd/crm/Logback/TestClass.instanceVar:I
#3 = Class #28 // com/jd/crm/Logback/TestClass
#4 = Class #29 // java/lang/Object
#5 = Class #30 // com/jd/crm/Logback/Super
#6 = Utf8 staticVar
#7 = Utf8 I
#8 = Utf8 ConstantValue
#9 = Integer 0
#10 = Utf8 instanceVar
#11 = Utf8 <init>
#12 = Utf8 ()V
#13 = Utf8 Code
#14 = Utf8 LineNumberTable
#15 = Utf8 LocalVariableTable
#16 = Utf8 this
#17 = Utf8 Lcom/jd/crm/Logback/TestClass;
#18 = Utf8 instanceMethod
#19 = Utf8 (I)I
#20 = Utf8 param
#21 = Utf8 Exceptions
#22 = Class #31 // java/lang/Exception
#23 = Utf8 MethodParameters
#24 = Utf8 SourceFile
#25 = Utf8 TestClass.java
#26 = NameAndType #11:#12 // "<init>":()V
#27 = NameAndType #10:#7 // instanceVar:I
#28 = Utf8 com/jd/crm/Logback/TestClass
#29 = Utf8 java/lang/Object
#30 = Utf8 com/jd/crm/Logback/Super
#31 = Utf8 java/lang/Exception
{
public com.jd.crm.Logback.TestClass();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: iconst_0
6: putfield #2 // Field instanceVar:I
9: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 7: 4
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 10 0 this Lcom/jd/crm/Logback/TestClass;
public int instanceMethod(int) throws java.lang.Exception;
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=2
0: iload_1
1: iinc 1, 1
4: ireturn
LineNumberTable:
line 10: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/jd/crm/Logback/TestClass;
0 5 1 param I
Exceptions:
throws java.lang.Exception
MethodParameters:
Name Flags
param
}
SourceFile: "TestClass.java"
以上是javap幫助我們生成的class文件解析結果，只是給人看，而非機器。
通過編譯後生成class文件格式如下,因為class文件是以8位作為一個位元組的二進位流。為了方便計算，用16進位表示二進位(1個位元組=2個十六進位的數，故下麵每2個數就代表1個位元組)
2.1 魔法數
前四個位元組cafebabe是固定值,任何語言編譯成jvm認識的二進位流，前四位必須是固定的cafebabe位元組。
2.2 版本號
緊接著2個位元組00表示次版本號為0 ；0034代表主版本為52（jdk版本號對應的jdk版本為1.8）參考jdk版本和class位元組版本的對應關係
2.3 常量個數
常量個數const_pool_count位元組碼為00 20對應的說明常量個數為32，實際為31個，因為首位jvm作為保留位使用。
2.4 常量池
常量池存放兩大常量：字面量和符號引，字面量如文本字元串，被生命的final常量值等，而符號引用則包含類、介面的全限名稱、欄位、方法名稱和描述符號等等。參考javap生成的類文件信息。
這裡只分析下其中一個常量，在上面常量個數2個位元組後面緊接著一個位元組0a十進位為10，參考常量池類型10代表類中方法的符號引用。繼續參考方法類型MethodRef_info個格式定義：前兩個位元組0004代表方法所在類名稱的索引，後兩個位元組0001a代表一個NameAndType類型的索引。
2.5 類訪問標誌
緊接常量池定義完後的u2標識訪問標誌，本例標識為0x0021和下圖標誌位按位或計算，如0x0001為真，0x0020也為真，其他為否 最終確認訪問標誌位ACC_PUBLIC、ACC_SUPER
2.6 本類、父類、介面索引集合
根據圖1的規則，u2兩個位元組0003標識當前類名的引用到，引用常量池數組下標為#3，根據圖3所示子項的類名為com/jd/crm/Logback/TestClass；0004代表父類類名的引用常量池數組下標為#4，根據圖4所示引用的父類類名為java/lang/Object；緊接著0001標識介面個數，指明數量為1,0005標識第一個介面數組中介面的名稱，指向常量池中下標為5的名稱為com/jd/crm/Logback/Super；
比如查找當前類索引如下圖
2.7 欄位表集合
欄位表以數組的形式定義存儲在常量表中
以上圖說明，0002標識域個數為2個域標識，在本類中有兩個，一個類的域欄位staticVar 一個是實例對象的域欄位instanceVar，如欄位結構定義(下圖)定義，前2個位元組001a為訪問標識，和類訪問標識一樣，分別用001a的二進位和下圖欄位域訪問標識類型做位或運算，得出訪問類型為ACC_PRIVATE類型。name_index的占用兩個位元組0006，指向常量表下標為6的引用，descriptor_index=0007指向常量表下標為7的引用，此處為I標識為數據類型為int，attributes_count=0001為1個，值為0008指向常量表下標為#8的引用常量ConstantValue，標識為靜態變數，最終依次類推第二個域標識引用
欄位結構定義
欄位域的訪問標誌請參考類訪問標誌，邏輯計算一致，只是規則不一樣而已 如下圖
2.8 方法表集合
和域欄位集合表定義類似 也是數組方式定義在常量池中 ，其中方法的結構體第四個欄位attributes_count代表方法的屬性數量，attribute_info就是屬性的集合參考屬性表集合
方法表訪問標識類型
通過上面方法的訪問標誌、名稱索引和描述索引定義方法的基本信息，方法的代碼塊則存放於類型為Code的屬性表中。
2.9 屬性表集合
類、欄位表、方法表本身可包含屬性表，屬性表格結構體如下，屬性表結構類型較多，比如有Code類型、Exception類型、MethodParameters類型等等，具體參考屬性表類型。所有的屬性都是引用常量池中的屬性類型名稱。然後根據屬性的長度指定該屬性的內容，根據屬性的不同類型解析不同的屬性值。格式定義如下
以Code屬性舉例，Code屬性結構如下所示
jvm按屬性獲取attribute_name_index指向常量池一個字元串常量Code,緊接著attribute_length標識Code類型Info信息長度，這個info內容包括：max_stack 最大棧深，max_locals局部變數槽數量，code_length標識機器位元組碼長度，往後查詢位元組碼如下圖所示，其實就是0/1/4/5/6/9的指令集。Code類型又嵌套異常屬性表、行號表LineNumberTable、LocaVariableTable 局部變數表等等信息。如下圖javap生成的類定義信息
1.Code1方法執行過程：
構造方法：descriptor ()V標識無參無返回值為Void的方法索引，flags可見性修飾符；
程式運行時，先將常量池、方法位元組碼、字元串常量池，靜態變數載入到元數據區（1.8後字元串常量池，靜態變數放入了堆）；main線程開始運行，分配棧幀記憶體，其中操作數棧stack=2表示運行該方法所需要的最大操作數棧的深度是2；locals=1表示該運行方法所需要的最大局部方法表的最大slot數據是1；args_size是該方法的形參個數，如果是實例方法 第一個形參是this引用。此例正是this引用。所以args_size=1+實際的參數
aload_0: 載入 slot0的局部變數，即this,作為下麵的invokespecial 構造方法調用的參數
invokespecial: 調用構造方法，常量池第#1項，即【Method java/lang/Object."
