java Class文件内部结构解析
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大学的时候,就看过java虚拟机规范第二版,最近把最新的Java虚拟机规范第三版(java se 1.7版本)温习了一遍,发现java虚拟机规范中java class的文件结构部分并没有太大的变化,顺便也整理了一下。
java语言是跨平台的,所谓一次编写,到处运行。之所以是跨平台的,就是java定义了一套与操作系统,硬件无关的字节码格式,这个字节码就是用java class文件来表示的,java class文件内部定义了虚拟机可以识别的字节码格式,这个格式是平台无关性的,在linux系统或者在windows系统上都是一致的。这个就好比html文件,我们定义好规范,这个系统只要去按照规范显示出来里面的内容就好了。好比html就是class文件,浏览器就是虚拟机一样,通过浏览器去执行html的渲染过程,我们无论是用手机,Windows系统,苹果系统上网,显示出来的内容都是一样。 java虚拟机可以从class文件中加载预定义的字节码,也可以从网络,数据库,消息文件中加载字节码。
下面来说说java class的文件结构,java class文件结构是基于字节流的,用unicode进行编码。其实想想也可以完全用xml文件表示,只不过用xml表示的字节码文本体积可能会很大,占用空间,同时解析起来比较耗时,而且很容易被人为修改,导致未知错误。下面是class文件的内部结构
ClassFile { u4 magic; u2 minor_version; u2 major_version; u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }
简要解释一下:
U4 代表由无符号四个字节组成
u4 magic :是一个固定的数值,java虚拟机里面称为魔数 ,主要是用来标识是否为java虚拟机所支持的文件结构,目前是0xCAFEBABE
u2 minor_version; u2 major_version; 代表次版本号和主版本号
u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; 这里面代表常量池个数以及常量池信息
u2 access_flags : 代表class访问标记,例如:public protected
u2 this_class : 代表这个类的名称 例如 java.lang.Object
u2 super_class : 代表父类名称
u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; 实现的接口格式以及接口类名
u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; 字段个数以及字段信息
u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; 方法个数以及方法信息
u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; java class文件内部属性信息,和java语言定义的属性没有关系,纯粹就是给java虚拟机用的
以上都是java虚拟机规范中定义的class文件内部结构信息,可以参考 Java虚拟机规范 (Java SE 7版)这里就不细讲
每种结构又都定义了自己的结构信息,例如:常量池结构,字段信息,方法信息,类信息,这几种结构之间又都互相引用,下面这幅图简要介绍了java class文件的内部结构信息
其中常量池的里面的信息最为复杂,java虚拟机运行时刻的所有信息都是从常量池来获取的,常量池定义了一下几种结构。