JVM-Class文件
一个 Class 文件描述了类或接口的字段，方法，父类，访问权限等全部信息。其实，它只是一种能被 JVM 识别的数据格式，就和 UDP 8字节头部一样，这就是规范，标准！所谓“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之，学至于行而止矣，行之，明也”。本文最后将动手分析一个 Class 文件的字节和反编译后的伪汇编语言，来探讨其结构。
本文将介绍：
- Class 头部信息
- Class 常量池信息
- Class 父类，访问权限和接口信息
- Class 字段及其属性
- Class 方法及其属性
- 其他属性和实例描述
Class 文件是以 8-bit 为单位的字节流，并且多字节数据以 big-endian 排列（又称为网络序，高位在前，符合我们的直觉，如日常使用的十进制）。注意使用 javac –g 编译源码，-g 表示生成所有的调试信息，javap –p –v 显示全部的伪汇编语言。根据 JVM 规范，ClassFile 格式如下：
1. Class 头部信息
对于定长的字段，比较好解析，麻烦的是变长的字段，需要根据不同类型，提取不同长度的字节进行解析，比如常量池中的信息，不同字段的结构解析方式不同。前三个字段还是比较好解析的，前4个字节为魔数 magic=0xcafebabe，2字节的从版本号 minor=0x0000，2字节的主版本号 major=0x0034=3*16+4=52，如下：
2. Class 常量池信息
JVM 执行时，不依赖类，实例或接口在内存是怎么布局的，而是依赖运行时常量池，基于栈来执行指令。常量池中包含字面量和符号引用，字面量就是字符串常量和数值常量；符号引用就是用来描述类或接口、字段名和其描述符、方法名和其描述符。根据 ClassFile 的结构，可以看到 2 字节表示常量池大小，后面 cp_info 是具体内容，而 cp_info不同类型的大小不同，常量池中的类型如下：
| 类型 | 标志 | 大小（字节） | 描述 |
| CONSTANT_Utf8_info | 0x01 | 3+len | 字符串，数值常量，类全限定名，方法名，字段名，属性名等字面量 |
| CONSTANT_String_info | 0x08 | 3 | 字符串类型符号引用，引用 utf8 表示的字面量 |
| CONSTANT_Class | 0x07 | 3 | 类或接口的符号引用 |
| CONSTANT_NameAndType | 0x0c | 5 | 字段或方法的符号引用，但没有指明是哪个类或接口的方法 |
| CONSTANT_Fieldref | 0x09 | 5 | 字段的符号引用，表明所属类，和字段名 |
| CONSTANT_Methodref | 0x0a | 5 | 方法的符号引用，表明所属类，和方法名 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref | 0x0b | 5 | 接口中方法的符号引用，表明所属接口，和方法名 |
| CONSTANT_Integer | 0x03 | 5 | 整型字面量 |
| CONSTANT_Float | 0x04 | 5 | 浮点型字面量 |
| CONSTANT_Long | 0x05 | 6 | 长整型字面量 |
| CONSTANT_Double | 0x06 | 6 | 双精度浮点型字面量 |
| CONSTANT_MethodHandle | 0x0f | 4 | 表示方法句柄 |
| CONSTANT_MethodType | 0x10 | 3 | 表示方法类型 |
| CONSTANT_InvokeDynamic | 0x12 | 5 | 动态调用 |
为了方便阅读，上表没有给出具体的结构，可查看 JVM规范 (§4)。知道了常量池中类型的大小，就可以进行解析了，下图是常量池的部分字节：
其中，连续的，颜色相同的框表示一个类型的信息。常量池元素总数为【00 22】= 34个，JVM 会对常量池中解析的类型从 1 进行编号，比如【0a 00 06 00 14】标识为10，查询上表，可知此字段为方法的符号引用，大小为5字节，其内容为【#1 = Methodref #6.#20】 后面引用所属类和方法描述。其他字段也是如此，如果需要引用到常量池中的其他内容解析出编号即可。再看一个常量字符串的序列【01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e】01表明是utf8字符串字面量，【00 06】表示长度为6，后面6位转为字符串就是<init>，这是类实例化时调用的方法。就这样一次进行 33 次，就可以得到整个常量池的信息。
在常量池中，类，字段和方法描述符：
| 类和接口名，使用全限定名称 | 把 点. 换成 /，比如 java.lang.Object 全限定名：java/lang/Object |
| 方法，字段，局部变量名，使用非全限定名称 | 当前类的相对名称，比如 Demo |
| 字段描述符 | 描述字段类型 |
| B，C，D，F，I，[ | 分别对应 byte，char，double，float，int，数组类型 |
| J，S，Z，V，L class_name | 分别对应 long，short，boolean，void，class_name对象类型 |
| 方法描述符，描述参数和返回值类型 | ( {ParameterDescriptor} ) ReturnDescriptor |
| ()V | Object m(int i, double d, Thread t) {...} |
| 无参返回值为空 | (IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object; |
3. Class 父类，访问权限和接口信息
根据ClassFIle的结构，接下来是 2 字节的 access_flags，【access_flags】表示类或接口的访问权限，具体的标志位如下表：
| 标志名称 | 标志值 | 含义 |
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | 声明为 public |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 声明为 final，不能被继承 |
| ACC_SUPER | 0x0020 | 表明使用 invokespecial 调用父类方法 |
| ACC_INTERFACE | 0x0200 | 声明为 接口 |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | 声明为抽象类，不能实例化 |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 动态生成的代码，不是用户由编写的 |
| ACC_ANNOTATION | 0x2000 | 声明 注解 |
| ACC_ENUM | 0x4000 | 声明 枚举 |
access_flags使用 2 个字节表示，由上图可知为 0x0021，转换成二进制 【0000 0000 0020 0001】，查上表可得此类为 ACC_PUBLIC，ACC_SUPER。
接下来就是当前类索引，父类索引和接口索引描述，其中当前类和父类描述都是通过 2 个字节，2 字节的 this_class，2 字节的 super_class。这里this_calss是 #5 表示引用常量池中第5个常量，从常量池中可以看到就是当前的Demo类；super_class是 #6 ，查常量池可知，#6 代表java.lang.Object对象，这说明了，Object是Java中所有类的直接或间接父类。
如果类实现了接口，那么接口的信息会在接下来的字节表示出来，这里没有实现接口，字节全为 0。如果实现接口的话，首先 2 个字节表示接口的个数，接下来就是具体内容，每个接口信息占 2 个字节，并引用常量池中的Class类型的元素，并按照源代码中实现的顺序排列。
4. Class 字段及其属性
类字段信息主要有，访问控制和字段类型。下表是字段的访问控制说明：
| 字段访问标志 | 标志值 | 含义 |
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | 声明为 public |
| ACC_PRIVATE | 0x0002 | 声明为 private |
| ACC_PROTECTED | 0x0004 | 表明为 protected |
| ACC_STATIC | 0x0008 | 声明为 static |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 声明为 final |
| ACC_VOLATILE | 0x0040 | 声明为 volatitle |
| ACC_TRANSIENT | 0x0080 | 声明为 transient 不序列化 |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 表示由编译器生成 |
| ACC_ENUM | 0x4000 | 声明为 enum |
字段有一个 ConstantValue 属性，只有当字段是 ACC_STATIC 时，此属性才生效，并且长度固定为 2，引用常量池中的 int, short, char, byte, boolean, long, float, double, String 类型字面量。
5. Class 方法及其属性
描述了方法的参数及其类型，返回值，字节码，以及最大操作数栈深度，局部变量个数，参数个数，访问控制等信息，首先看一下，方法的访问标志：
| 方法访问标志 | 标志值 | 含义 |
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | 声明为 public |
| ACC_PRIVATE | 0x0002 | 声明为 private |
| ACC_PROTECTED | 0x0004 | 表明为 protected |
| ACC_STATIC | 0x0008 | 声明为 static |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 声明为 final，不能重写 |
| ACC_SYNCHRONIZED | 0x0020 | synchronized，方法由管程同步 |
| ACC_BRIDGE | 0x0040 | 方法由编译器产生 |
| ACC_VARARGS | 0x0080 | 表示方法带有变长参数 |
| ACC_NATIVE | 0x4100 | 非 java 语言的本地方法 |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | abstract，方法没有具体实现 |
| ACC_STRICT | 0x0800 | strictfp，方法使用 FP-strict 浮点格式 |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 方法在源文件中不出现，由编译器产生 |
方法的属性，比较重要，里面具有 JVM 要执行的指令信息。
5.1 Exceptions 描述方法可能抛出的异常
5.2 Code 属性
Code 代码属性是最要的属性，描述方法的字节码或辅助信息，如果是本地方法或抽象方法，那么不能拥有此属性。Code 结构如下：
Code 的相关属性：
- LocalVariableTable：局部变量表
- LocalVariableTypeTable：也是局部变量表，跟泛型有关
- LineNumberTable：源代码行号与字节码行号对应关系
- StackMapTable：在 JVM 验证类型时使用
6. 其他属性信息
类相关属性：
- InnerClasses：内部类属性
- EnclosingMethod：当类为内部类或局部类是此属性才存在，并且一个类至多有一个
- SourceFile：定长，只能有一个
- SourceDebugExtension：扩展调试信息
- BootstrapMethods：保存 invokedynamic 指令引用的引导方法限定符
方法属性：
- RuntimeVisibleParameterAnnotations：方法参数的注解，可被反射 API 使用
- RuntimeInvisibleParameterAnnotations：不能被反射 API 使用
- MethodParameters：方法参数信息
- AnnotationDefault：元素注解默认值
共有属性：
- Deprecated：表面字段，方法和类将会在后续版本被替换
- Synthetic：源代码未出现的类成员，必须标记成合成属性，并且长度固定为 0
- Signature：描述类，方法或接口的泛型信息
- RuntimeVisibleAnnotations：保存类，字段和方法可见注解，必须保证可被反射使用
- RuntimeInvisibleAnnotations：不能被反射 API 访问
- RuntimeVisibleTypeAnnotations：
- RuntimeInvisibleTypeAnnotations：
7. 实例描述
（1）常量池
（2）方法描述
本文使用的Demo源码和Class文件：Demo.rar
