JVM的Class文件结构
任何一个Class文件都对应着唯一的一个类或者接口的定义信息，但反过来说，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）。
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都是程序运行的必要数据，没有空隙存在。当遇到需要占用8个字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8个字节进行存储。
根据《Java虚拟机规范》的规定，Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表。
1）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。
2）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做是一张表，这张表如下图所示：
无论是无符号数还是表，当需要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”。
1、魔术与Class文本的版本
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。使用魔数而不是扩展名来进行识别主要时基于安全考虑，因为文件扩展名可以随意改动。
紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号：第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8个字节是主版本号（Major Version）。
2、常量池
紧接着主、次版本号之后的是常量池入口，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。
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）。这个容器计数是从1而不是0开始的。Class文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始的，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开始的。
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：
1）被模块导出或者开放的包（Package）。
2）类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）。
3）字段的名称和描述符（Descriptor）。
4）方法的名称和描述符。
5）方法句柄和方法类型（Method Handle、Method Type、Invoke Dynamic）。
6）动态调用点和动态常量（Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant）。
常量池中每一项常量都是一个表，截至JDK13，常量表中分别有17种不同类型的常量。每种常量的结构定义总结如下表所示：
3、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表所示：
4、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类型的数据的组合，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。
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，类索引和父类索引用两个u2类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量，通过CONSTANT_Class_info类型的常量中的索引值可以找到定义在CONSTANT_Utf8_info类型的常量中的全限定名字符串。
对于接口索引集合，入口的第一项u2类型的数据为接口计数器（interfaces_count），表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为0，后面接口的索引表不再占用任何字节。
5、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。字段表的最终格式如下表所示：
字段修饰符放在access_flags项目中，它与类中的access_flags项目是非常类似的，都是一个u2的数据类型，其中可以设置的标志位和含义如下表所示：
跟随access_flags标志的是两项索引值：name_index和descriptor_index。他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的描述符。描述符的作用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。根据描述符规则，基本数据类型以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，详见下表：
用描述符来描述方法时，按照先参数列表、后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“()”之内。如方法void inc()的描述符为“()V”，方法java.lang.String toString()的描述符为“()Ljava/lang/String;”，方法int indexOf(char[]source, int sourceOffset, int sourceCount, char[]target, int targetOffset, int targetCount, int fromIndex)的描述符为“([CII[CIII)I”。
6、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，方法表的结构合同字段表一样，一次包括访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）几项，这些数据项目的含义也与字段表中的非常类似，仅在访问标志和属性表集合的可选项中有所区别。方法表的结构如下表所示：
方法访问标志如下表所示：
注：方法里的Java代码，经过Javac编译器编译成字节码指令之后，存放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里。
方法表集合中有可能出现由编译器自动添加的方法，最常见的便是类构造器“<clinit>()”方法和实例构造器“<init>()”方法。
7、属性表集合
属性表（attribute_info）在Class文件、字段表、方法表都有出现，目的是用于描述某些场景专有的信息。
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，只要不与已有属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己的定义的属性信息，Java虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性。虚拟机预定义的属性如下表所示：
对于每一个属性，它的名称都要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量来表示，而属性值的结构则是完全自定义的，只要通过一个u4的长度属性去说明属性值所占用的位数即可。一个复合规范的属性表应该满足如下表所示的结构：
7.1、Code属性
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，如果方法表有Code属性存在，那么它的结构如下表所示：
7.2、Exceptions属性
这里的Exceptions属性是在方法表中与Code属性平级的一项属性。Exceptions属性的作用是列举出方法中可能抛出的受查异常（Checked Exceptions），也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。它的结构如下表所示：
7.3、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。它并不是运行时必须的属性，但默认会生成到Class文件中，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。LineNumberTable属性的结构如下表所示：
7.4、LocalVariableTable及LocalVariableTypeTable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，它也不是运行时必须的属性，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，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。LocalVariableTable属性的结构如下表所示：
LocalVariableTypeTable这个属性的结构与LocalVariableTable非常相似，仅仅是把记录的字段描述符的descriptor_index替换成了字段的特征签名（Signature）。对于非泛型类型来说，描述符和特征签名能描述的信息是能吻合一致的，但是泛型引入之后，由于描述符中泛型的参数化类型被擦除掉，描述符就不能准确描述泛型类型了。因此出现了LocalVariableTypeTable属性，使用字段的特征签名来完成泛型的描述。
7.5、SourceFile及SourceDebugExtension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，堆栈中将不会出现出错代码所属的文件名。这个属性时一个定长的属性，其结构如下表所示：
SourceDebugExtension属性用于存储额外的代码调试信息。典型的场景时在进行JSP文件调试时，无法通过堆栈来定位到JSP文件的行号。JSR45提案为这些非Java语言编写，却需要编译成字节码并运行在Java虚拟机中的程序提供了一个进行调试的标准机制，使用SourceDebugExtension属性就可以用于存储这个标准所新加入的调试信息。SourceDebugExtension属性的结构如下图所示：
7.6、ConstantValue属性
ConstantValue属性的作用时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。ConstantValue属性的结构如下表所示：
7.7、InnerClasses属性
InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果要给类中定义了内部类，那编译器将会为它以及它所包含的内部类生成InnerClasses属性。InnerClasses属性的结构如下表所示：
7.8、Deprecated及Synthetic属性
Deprecated和Synthetic两个属性都属于标志类型的不二属性，只存在有和没有的区别，没有属性值的概念。
Deprecated属性用于表示某个类、字段或者方法，已经被程序作者定为不再推荐使用，它可以通过代码中使用“@deprecated”注解进行设置。
Synthetic属性代表此字段或者方法并不是由Java源码直接产生的，而是由编译器自行添加的。
Deprecated和Sunthetic属性的结构非常简单，如下表所示：
7.9、StackMapTable属性
StackMapTable是一个相当复杂的变长属性，位于Code属性的属性表中。这个属性会在虚拟机类加载的字节码验证阶段被新类型检查验证器（Type Checker）使用，目的在于代替以前比较消耗性能的基于数据流分析的类型推导验证器。
StackMapTable属性中包含了零至多个栈映射帧（Stack Map Frame），每个栈映射帧都显式或隐式地代表了一个字节码偏移量，用于表示执行到该字节码时局部变量表和操作数栈的验证类型。类型检查验证器会通过检查目标方法的局部变量和操作数栈所需要的类型来确定一段字节码指令是否符合逻辑约束。StackMapTable属性的结构如下表所示：
7.10、Signature属性
Signature属性时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JDK5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。使用擦除法的好处是实现简单（主要修改 Javac编译器，虚拟机内部只做了很少的改动）、非常容易实现Backport，运行期也能够节省一些类型所占的内存空间。但坏处是运行期就无法像C#等有真泛型支持的语言那样，将泛型类型与用户定义的普通类型同等对待。Signature属性的结构如下表所示：
7.11、BootstrapMethods属性
BootstrapMethods属性在JDK7时增加到Class文件规范之中，它是一个复杂的变长属性，位于类文件的属性表中。这个属性用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。BootstrapMethods属性的结构如下表所示：
7.12、MethodParamerters属性
MethodParamerters属性是一个用在方法表中的变长属性。MethodParamerters的作用是记录方法的各个形参名称和信息。MethodParameters的结构如下表所示：
