JVM Class类文件结构
简介
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任何一个Class文件都对应着唯一的一个类或接口的定义信息，但是，类或接口并不一定都得定义在文件里（譬如类或接口也可以动态生成，直接送入类加载器中）。
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Class文件是一组以8个字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个Class文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。
Class文件格式
Class文件格式.png
无符号数
无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个 字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值。
表
表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，为了便于区分，所有表的命名 都习惯性地以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上也可以视 作是一张表，这张表由表6-1所示的数据项按严格顺序排列构成。
魔数与Class文件的版本
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每个Class文件的头4个字节被称为魔数（Magic Number），它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。
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不仅是Class文件，GIF或者JPEG等在文件头中都存有魔数。
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使用魔数而不是扩展名来进行识别主要是基于安全考虑，因为文件扩展名可以随意改动。
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魔数之后存储的是Class文件的版本号：第5和第6个字节是次版本号，第7和第8个字节是主版本号。
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虚拟机不会执行超过其版本号的Class文件。
常量池
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版本号之后就是常量池，常量池可以比喻为Class文件里的资源仓库，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据，通常也是占用Class文件空间最大的数据项目之一，另外，它还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。
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由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值（constant_pool_count）。
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Class文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始。
常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。
字面量比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。
而符号引用则属于编译原理方面的概念，主要包括下面几类常量：
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被模块导出或者开放的包（Package）
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类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
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字段的名称和描述符（Descriptor）
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方法的名称和描述符
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方法句柄和方法类型（Method Handle、Method Type、Invoke Dynamic）
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动态调用点和动态常量（Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant）
常量池的项目类型
常量池中每一项常量都是一个表，表结构起始的第一位是个u1类型的标志位，代表着当前常量属于哪种常量类型。
17种常量类型所代表的具体含义如下
| 类型 | 标志 | 描述 |
|---|---|---|
| CONSTANT_Utf8_info | 1 | UTF-8编码的字符串 |
| CONSTANT_Integer_info | 3 | 整型字面量 |
| CONSTANT_Float_info | 4 | 浮点型字面量 |
| CONSTANT_Long_info | 5 | 长整型字面量 |
| CONSTANT_Double_info | 6 | 双精度浮点型字面量 |
| CONSTANT_Class_info | 7 | 类或接口的符号引用 |
| CONSTANT_String_info | 8 | 字符串类型字面量 |
| CONSTANT_Fieldref_info | 9 | 字段的符号引用 |
| CONSTANT_Methodref_info | 10 | 类中方法的符号引用 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref_info | 11 | 接口中方法的符号引用 |
| CONSTANT_NameAndType_info | 12 | 字段或方法的部分符号引用 |
| CONSTANT_MethodHandle_info | 15 | 表示方法句柄 |
| CONSTANT_MethodType_info | 16 | 表示方法类型 |
| CONSTANT_Dynamic_info | 17 | 表示一个动态计算常量 |
| CONSTANT_InvokeDynamic_info | 18 | 表示一个动态方法调用点 |
| CONSTANT_Moudle_info | 19 | 表示一个模块 |
| CONSTANT_Package_info | 20 | 表示一个模块中开放或导出的包 |
访问标志
在常量池结束之后，紧接着的2个字节代表访问标志（access_flags），这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口；是否定义为public类型；是否定义为abstract类型；如果是类的话，是否被声明为final等等。
具体的标志位以及标志的含义如下：
类索引、父类索引与接口索引集合
类索引（this_class）和父类索引（super_class）都是一个u2类型的数据，而接口索引集合（interfaces）是一组u2类型的数据的集合，Class文件中由这三项数据来确定该类型的继承关系。类索引用于确定这个类的全限定名，父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。
接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接 口，这些被实现的接口将按implements关键字（如果这个Class文件表示的是一个接口，则应当是extends关键字）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。
类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后。
字段表集合
字段表（field_info）用于描述接口或者类中声明的变量。
Java语言中的“字段”（Field）包括类级变量以及实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。
组成
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access_flags：存放字段修饰符，。字段可以包括的修饰符有字段的作用域（public、private、protected修饰符）、是实例变量还是类变量（static修饰符）、可变性（final）、并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主内存读写）、可否被序列化（transient修饰符）、字段数据类型（基本类型、对象、数组）、字段名称。
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name_index和descriptor_index，它们都是对常量池项的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。
全限定名：“org/fenixsoft/clazz/TestClass”是这个类的全限定名，仅仅是把类全名中的“.”替换成了“/”而已，为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个“；”号表示全限定名结束。
简单名称：则就是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，这个类中的inc()方法和m字段的简单名称分别就是“inc”和“m”。
描述符：是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。
方法表集合
Class文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述采用了几乎完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，依次包括访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）几项。
因为volatile关键字和transient关键字不能修饰方法，所以方法表的访问标志中没有了ACC_VOLATILE标志和ACC_TRANSIENT标志。与之相对，synchronized、native、strictfp和abstract关键字可以修饰方法，方法表的访问标志中也相应地增加了ACC_SYNCHRONIZED、ACC_NATIVE、ACC_STRICTFP和ACC_ABSTRACT标志。
方法访问标志：
| 标志名称 | 标志值 | 含义 |
|---|---|---|
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | 方法是否为 public |
| ACC_PRIVATE | 0x0002 | 方法是否为 private |
| ACC_PROTECTED | 0x0004 | 方法是否为 protected |
| ACC_STATIC | 0x0008 | 方法是否为 static |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 方法是否为 final |
| ACC_SYNCHRONIZED | 0x0020 | 方法是否为 synchronized |
| ACC_BRIDGE | 0x0040 | 方法是否由编译器产生的桥接方法 |
| ACC_VARARGS | 0x0080 | 方法是否接受不定参数 |
| ACC_NATIVE | 0x0100 | 方法是否为 native |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | 方法是否为 abstract |
| ACC_STRICT | 0x0800 | 方法是否为 strictfp |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 方法是否由编译器自动产生 |
与字段表集合相对应地，如果父类方法在子类中没有被重写（Override），方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息。
Java代码的方法特征签名只包括方法名称、参数顺序及参数类型，而字节码的特征签名还包括方法返回值以及受查异常表，
属性表集合
属性表（attribute_info）在前面的讲解之中已经出现过数次，Class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合。
与Class文件中其他的数据项目要求严格的顺序、长度和内容不同，属性表集合的限制稍微宽松一些，不再要求各个属性表具有严格顺序。
Code属性
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code是用于存储字节码指令的一系列字节流。
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Java程序方法体里面的代码经过Javac编译器处理之后，最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，譬如接口或者抽象类中的方法就不存在Code属性
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code属性表中的max_stack代表了操作数栈（Operand Stack）深度的最大值。虚拟机运行的时候需要根据这个值来分配栈帧（Stack Frame）中的操作栈深度。
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code属性表中的max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。
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code属性表中的max_locals的单位是变量槽（Slot），变量槽是虚拟机为局部变量分配内存所使用的最小单位。
LineNumberTable属性
LineNumberTable属性用于描述Java源码行号与字节码行号（字节码的偏移量）之间的对应关系。
它并不是运行时必需的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以在Javac中使用-g：none或-g：lines选项来取消或要求生成这项信息。如果选择不生成LineNumberTable属性，对程序运行产生的最主要影 响就是当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错的行号，并且在调试程序的时候，也无法按照源码行来设置断点。
LocalVariableTable属性
LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表的变量与Java源码中定义的变量之间的关系，它也不是运行时必需的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以在Javac中使用-g：none或-g：vars选项来取消或要求生成这项信息。如果没有生成这项属性，最大的影响就是当其他人引用这个方法时，所 有的参数名称都将会丢失，譬如IDE将会使用诸如arg0、arg1之类的占位符代替原有的参数名，这对程序运行没有影响，但是会对代码编写带来较大不便，而且在调试期间无法根据参数名称从上下文中获得参数值。
SourceFile属性
SourceFile属性用于记录生成这个Class文件的源码文件名称。这个属性也是可选的，可以使用Javac的-g：none或-g：source选项来关闭或要求生成这项信息。在Java中，对于大多数的类来说，类名和文件名是一致的，但是有一些特殊情况（如内部类）例外。如果不生成这项属性，当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错代码所属的文件名。
ConstantValue属性
ConstantValue属性的作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量（类变量）才可以使用这项属性。
InnerClasses属性
InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那编译器将会为它以及它所包含的内部类生成InnerClasses属性。
Signature属性
Signature属性在JDK 5增加到Class文件规范之中，它是一个可选的定长属性，可以出现于类、字段表和方法表结构的属性表中。在JDK 5里面大幅增强了Java语言的语法，在此之后，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名如果包含了类型变量（Type Variable）或参数化类型（Parameterized Type），则Signature属性会为它记录泛型签名信息。之所以要专门使用这样一个属性去记录泛型类 型，是因为Java语言的泛型采用的是擦除法实现的伪泛型，字节码（Code属性）中所有的泛型信息编译（类型变量、参数化类型）在编译之后都通通被擦除掉。
BootstrapMethods属性
用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。
