【JVM】class文件结构1——魔数、版本号、常量池与类访问标记

我们可以利用editplus，以16进制的编码格式来查看class文件的结构，具体操作方法为在editplus的工具栏中点击Edit，下拉选择Hex Viewer即可。

如图所示，前四(4个bit位*8个字母=32，32/8=4字节)个字节为0xCAFEBABE，这就是class文件的魔数。

虚拟机借助魔数，用来识别.class 文件，虚拟机在加载类文件之前会先检查魔数，如果不是 0xCAFEBABE 则拒绝加载该文件。

关于class文件魔数的由来，可以参考这篇文章class文件魔数CAFEBABE的由来

版本号分为副版本号(minor version)与主版本号(major version)，紧随魔数之后。

可以看到主版本号为52（3*16+4），52对应的java版本为java8，规律就是java版本=主版本号-44。例如主版本号50对应的java版本为java6。

如果java6的虚拟机去加载一个java8编译的类，则虚拟机直接会抛出java.lang.UnsupportedClassVersionError。

我们使用javap -v，也可以直接看到class文件的主副版本号：

常量池紧随着版本号，是class文件中最为复杂的部分。

当执行一个java方法时，需要将操作数入栈，这个时候如果操作数很小，那么直接内嵌到字节码中。如果是比较大的数字或者是字符串时，就不再会内嵌到字节码中，而是存到常量池中。当将这些操作数入栈时，字节指令后面会跟着一个指向常量池的一个索引。

比如这个方法：

public void print() {
        System.out.println(1);
        System.out.println("abcd");
    }

对应字节码为：

当然，常量池不仅仅存储字符串类型，完整的常量类型，如下表所示：

类型	说明
CONSTANT_Utf8_info	表示utf-8编码的字符串常量
CONSTANT_Integer_info	表示int常量
CONSTANT_Float_info	表示float常量
CONSTANT_Long_info	表示long常量
CONSTANT_Double_info	表示double常量
CONSTANT_Class_info	表示类或接口的完全限定名
CONSTANT_String_info	表示java.lang.String类型的字符串
CONSTANT_Fieldref_info	表示字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info	表示方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	表示实现的接口方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info	表示字段或方法的名称以及类型
CONSTANT_MethodHandle_info	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	表示方法类型
CONSTANT_InvokeDynamic_info	表示动态调用

符号引用可以这么去理解：符号引用是一个具有定位意义的字符串，在类加载过程中，连接的子过程解析阶段时，虚拟机会将符号引用解析为直接引用。关于类加载机制，可以先参考我的另外一篇文章类的奇幻漂流——类加载机制探秘。

就以我们最经常用到的System.out.println()方法为例，out是System类中的一个PrintStream类型的引用变量，println则是PrintStream类中的一个方法，那么out字段的符号引用与println方法的符号引用是什么样子的呢？

以下面的代码为例：

package com.yang.testMethod; public class Main { public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1);
    }
}

常量池如下：

可以看得出来，out字段的Fieldref=Class+NameAndType，即字段的符号引用=所属类的符号引用+字段的描述符。

println方法的符号引用也是同样的组成方式，但方法的NameAndType包含参数类型描述符以及返回值类型描述符。

描述符又是怎样组织的，可以先看字段表中的字段描述符以及方法表中的方法描述符。

MethodHandle、MethodType与InvokeDynamic是为了支持动态语言调用，在1.7之后才加入的，这里不做讨论。不过这里的invokeDynamic很有意思，会另外篇幅进行介绍。

类访问标记紧随在常量池之后，占两个字节，一共16位，目前只使用了其中8位。

虚拟机在编译某个类时，会解析出这个类的特性，将其设置到类访问标记上，即将特定的bit位置1，表示该类拥有这个bit位上代表的标记。

8种标记如下表所示，例如编译一个public类时，该类的访问标记上会有ACC_PUBLIC与ACC_SUPER。

例如，有这样的一个java文件：

package com.yang.testFlag; public interface Main {
}

使用javac Main.java，接着javap -v Main之后，得到该接口的访问标记为：

接口是一种特殊的抽象类，所有的变量都为public static final类型，所有的方法都是抽象方法。（当然除了静态方法与默认方法）。更多关于抽象类与接口的特征与区别，可以先参考我的另外一篇文章抽象类和接口的联系与区别。

因此，一个public类型的接口，它的访问标记有3个，分别为ACC_PUBLIC、ACC_INTERFACE与ACC_ABSTRACT。