JVM 类结构

1概述

1.1类文件格式不是必须存在于文件里。

1.2多字节数据项必须严格按照大端在前(big-endian)顺序进行存储(Multibyte data items are always stored in big-endian order,where the high bytes come first)

1.3 Class文件是一组以8字节为基础单位的二进制流，各个数据项严格按照顺序紧凑排列，没有任何分隔符

1.4Class文件格式采用一种类似C语言结构体的伪结构(This chapter presents the class file format using pseudostructures written in a C-like structure notation)，只有两种数据类型:无符号数(unsigned)和表(table)

1.5无符号数是基本的数据类型，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，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

1.6表由多个无符号数或其他表作为数据项构成的复合数据类型

1.7当描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时候称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的集合

 

2、类结构元素

类型	数量		说明
u4	1		魔数(magic)，确定是否为虚拟机所接受的类文件，固定值为0xCAFEBABE
u2	1		副版本号(minor_version) 1、主版本号为45-55时，副版本号可以为任何值 2、从主版本号56(jdk12)开始，副版本号必须为0或65535 3、当副版本号为65535时，为预览版
u2	1		主版本号(major_version)， 1、值从45开始 2、即使文件格式无任何变化，虚拟机也必须拒绝执行类主版本号超过虚拟机版本号的文件。
u2	1		constant_pool_count;常量池计数器
cp_info	constant_pool[constant_pool_count-1]		常量池 1、是一种表结构 2、以1～constant_pool_count-1为索引 3、第一个字节作为类型标记，这个字节称为标签字节(tag byte) 4、主要存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References) 5、通用格式： cp_info { u1 tag; u1 info[]; }
u2	1		access_flags;访问标志， 1、一种由标志构成的掩码 The value of the access_flags item is a mask of flags used to denote access permissions to and properties of this class or interface 2、取值以及含义参考本章第4节 3、没有使用到的标志位都为0
u2	1		this_class;类索引 1、取值为常量池有效的索引值 2、常量池中索引处的成员必须为CONSTANT_Class_info类型
u2	1		super_class;父类索引 1、Java不允许多重继承，所以父类索引只有一个 2、取值要么为0，要么是常量池中某个有效索引值 3、当值为0，此类只能用于表示Object类 4、当值不为0，常量池中索引处的成员必须为CONSTANT_Class_info类型 5、所有父类的access_flags，均不能带有ACC_FINAL标志 Neither the direct superclass nor any of its superclasses may have the ACC_FINAL flag set in the access_flags item of its ClassFile structure.
u2	1		interfaces_count;接口索引计数器，如果没有接口，则取值0
u2	interfaces[interfaces_count]		接口集合 1、每个元素值都是常量池中某个有效索引值 2、按implements关键字后面的接口，从左到右排列
u2	1		fields_count;字段计数器
field_info	fields[fields_count]		字段表 1、每个成员都是field_info结构，参考2.4 2、包括类变量和实例变量 3、不包括方法内声明的局部变量 4、不包括从父类或父接口继承的那些字段
u2	1		methods_count;方法计数器
method_info	methods[methods_count]		1、每个成员都是method_info结构，参考本章第7节 2、方法表只描述当前类或接口中声明的方法，不包括从父类或父接口继承的方法 3、支持方法访问权限(access_flags)既不是ACC_NATIVE又不是ACC_ABSTRACT
u2	1		attributes_count;属性计数器
attribute_info	attributes[attributes_count]		1、每个成员都是attribute_info结构，参考2.6

 

3、常量池(constant_pool)

3.1基本格式

字段	类型	说明
tag	u1	类型
info[]	u1

 

3.2常量池类型(tag)

类型	tag	类文件版本	首次javaSE版本	说明
CONSTANT_Utf8	1	45.3	1.0.2	UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer	3	45.3	1.0.2	整型字面量
CONSTANT_Float	4	45.3	1.0.2	浮点型字面量
CONSTANT_Long	5	45.3	1.0.2	长整型字面量
CONSTANT_Double	6	45.3	1.0.2	双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class	7	45.3	1.0.2	类或接口的索引
CONSTANT_String	8	45.3	1.0.2	字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref	9	45.3	1.0.2	字段的符号引用
CONSTANT_Methodref	10	45.3	1.0.2	类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref	11	45.3	1.0.2	接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType	12	45.3	1.0.2	字段或方法的部分符号引用
CONSTANT_MethodHandle	15	51	7	表示方法具柄
CONSTANT_MethodType	16	51	7	方法类型
CONSTANT_InvokeDynamic	18	51	7	表示一个动态方法调用点
CONSTANT_Module	19	53	9	表示一个模块
CONSTANT_Package	20	53	9	表示一个模块中开放或者导出的包
CONSTANT_Dynamic	17	55	11	表示一个动态计算常量

 

3.3常量池数据类型的结构

 

类型	字段	类型
CONSTANT_Utf8	tag	u1
	length	u2
	bytes[]	u1
CONSTANT_Integer	tag	u1
	bytes	u4
CONSTANT_Float	tag	u1
	bytes	u4
CONSTANT_Long	tag	u1
	high_bytes	u4
	low_bytes	u4
CONSTANT_Double	tag	u1
	high_bytes	u4
	low_bytes	u4
CONSTANT_Class	tag	u1
	name_index	u2
CONSTANT_String	tag	u1
	string_index	u2
CONSTANT_Fieldref	tag	u1
	class_index	u2
	name_and_type_index	u2
CONSTANT_Methodref	tag	u1
	class_index	u2
	name_and_type_index	u2
CONSTANT_InterfaceMethodref	tag	u1
	class_index	u2
	name_and_type_index	u2
CONSTANT_NameAndType	tag	u1
	name_index	u2
	descriptor_index	u2
CONSTANT_MethodHandle	tag	u1
	reference_kind	u2
	reference_index	u2
CONSTANT_MethodType	tag	u1
	descriptor_index	u2
CONSTANT_InvokeDynamic	tag	u1
	bootstrap_method_attr_index	u2
	name_and_type_index	u2
CONSTANT_Module	tag	u1
	name_index	u2
CONSTANT_Package	tag	u1
	name_index	u2
CONSTANT_Dynamic	tag	u1
	bootstrap_method_attr_index	u2
	name_and_type_index	u2

 

 

4类访问标志(access_flags)

标志	值	说明
ACC_PUBLIC	0x0001	public
ACC_FINAL	0x0010	final，不能与ACC_ABSTRACT同时设置
ACC_SUPER	0x0020	是否使用invokespecial指令的新语义，因为invokespecial指令在jdk1.0.2以后做了改变，所以在jdk1.0.2之后，这里都为真
ACC_INTERFACE	0x0200	接口，设置了此值，ACC_ABSTRACT必须同时设置 ACC_FINAL, ACC_SUPER, ACC_ENUM和 ACC_MODULE，必须不能设置
ACC_ABSTRACT	0x0400	抽象类，不能实例化
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标志该类或接口是由编译器生成
ACC_ANNOTATION	0x2000	声明为注解，同时必须设置ACC_SYNTHETIC
ACC_ENUM	0x4000	声明为枚举
ACC_MODULE	0x8000	声明为模块，如果这个值被设置，则不能有其他标志被设置 If the ACC_MODULE flag is set in the access_flags item, then no other flag in the access_flags item may be set

 

 

5字段表结构(field_info)

5.1基础结构

字段	类型	说明
access_flags	u2	访问标志，参考2.4.2
name_index	u2	字段简单名称，指向常量池一个CONSTANT_Utf8_info值的索引
descriptor_index	u2	字段的描述符，指向常量池一个CONSTANT_Utf8_info值的索引
attributes_count	u2	参考2.7
attributes[attributes_count]	attribute_info	参考2.7

 

5.2字段访问标志

标志	值	说明
ACC_PUBLIC	0x0001	public
ACC_PRIVATE	0x0002	private
ACC_PROTECTED	0x0004	protected
ACC_STATIC	0x0008	static
ACC_FINAL	0x0010	final
ACC_VOLATILE	0x0040	volatile
ACC_TRANSIENT	0x0080	transient
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标志该字段是由编译器生成，如果字段存在这个标志，则不能有其他任何访问标志
ACC_ENUM	0x0001	枚举

a ACC_PUBLIC、ACC_PRIVATE、ACC_PROTECTED三选一

b ACC_FINAL、ACC_VOLATILE二选一

c接口中的字段必须有ACC_PUBLIC,ACC_STATIC,ACC_FINAL，三个标志

 

6方法结构(method_info)

6.1基础结构

字段	类型	说明
access_flags	u2	访问标志，参考本章6.2
name_index	u2	字段简单名称，指向常量池一个CONSTANT_Utf8_info值的索引，必须是有效的非限定名称，或者<init>，或者<clinit>
descriptor_index	u2	字段的描述符，指向常量池一个CONSTANT_Utf8_info值的索引， 1、当是类的<init>方法，必须描述为void方法 2、当类名是<clinit>，必须描述为void方法，且jdk7以后，此方法无参数
attributes_count	u2	参考2.7
attributes[attributes_count]	attribute_info	参考2.7

 

 

6.2方法访问标志

标志		值	说明
ACC_PUBLIC		0x0001	public
ACC_PRIVATE		0x0002	private
ACC_PROTECTED		0x0004	protected
ACC_STATIC		0x0008	static，jdk7以后<clinit>方法必须有此标志
ACC_FINAL		0x0010	final
ACC_SYNCHRONIZED		0x0020	synchronized
ACC_BRIDGE		0x0040	桥接方法，为了泛型方法兼容jdk1.5以前版本，编译器自动生成
ACC_VARARGS		0x0080	有可变长参数的标志
ACC_NATIVE		0x0100	native
ACC_ABSTRACT		0x0400	abstract
ACC_STRICT		0x0800
ACC_SYNTHETIC		0x1000

a ACC_PUBLIC, ACC_PRIVATE,ACC_PROTECTED 必须三选一

b jdk8以前，接口的方法必须有ACC_PUBLIC 和ACC_ABSTRACT标志

c jdk8以及以后，接口的方法必须ACC_PUBLIC ， ACC_PRIVATE二选一

d 方法如果标记了ACC_ABSTRACT，则不能有ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_FINAL,ACC_SYNCHRONIZED, ACC_NATIVE, ACC_STRICT标记

e实例的初始化方法只能ACC_PUBLIC, ACC_PRIVATE，ACC_PROTECTED三选一，以及ACC_VARARGS, ACC_STRICT, ACC_SYNTHETIC可选，不能有其他标志

f实例或接口的方法被隐式调用，只能设置ACC_STATIC 和 ACC_STRICT标志

 

 

7属性结构(attribute_info)

7.1基本结构

字段	类型	说明
attribute_name_index	u2	指向常量池一个CONSTANT_Utf8_info值的索引
attribute_length	u4	属性长度，长度不包括自身和attribute_name_index的长度
info[attribute_length]	u1

 

7.2属性类型

属性	位置	首次版本
ConstantValue	field_info	45.3
Code	method_info	45.3
Exceptions	method_info	45.3
SourceFile	classFile	45.3
LineNumberTable	code	45.3
LocalVariableTable	code	45.3
InnerClasses	classFile	45.3
Synthetic	classFile field_info method_info	45.3
Deprecated	classFile field_info method_info	45.3
EnclosingMethod	classFile	49
Signature	classFile field_info method_info	49
SourceDebugExtension	classFile	49
LocalVariableTypeTable	code	49
RuntimeVisibleAnnotations	classFile field_info method_info	49
RuntimeInvisibleAnnotations	classFile field_info method_info	49
RuntimeVisibleParameterAnnotations	method_info	49
RuntimeInvisibleParameterAnnotations	method_info	49
AnnotationDefault	method_info	49
StackMapTable	code	50
BootstrapMethods	classFile	51
RuntimeVisibleTypeAnnotations	classFile field_info method_info code	52
RuntimeInvisibleTypeAnnotations	classFile field_info method_info code	52
MethodParameters	method_info	52
Module	classFile	53
ModulePackages	classFile	53
ModuleMainClass	classFile	53
NestHost	classFile	55
NestMembers	classFile	55

 

7.3属性类型结构