Class字节码文件结构
| 类型 | 名称 | 说明 | 长度 | 数量 | |
| 魔数 | u4 | magic | 魔数,识别Class文件格式 | 4个字节 | 1 |
| 版本号 | u2 | minor_version | 副版本号(小版本) | 2个字节 | 1 |
| u2 | major_version | 主版本号(大版本) | 2个字节 | 1 | |
| 常量池集合 | u2 | constant_pool_count | 常量池计数器 | 2个字节 | 1 |
| cp_info | constant_pool | 常量池表 | n个字节 | constant_pool_count - 1 | |
| 访问标识 | u2 | access_flags | 访问标识 | 2个字节 | 1 |
| 索引集合 | u2 | this_class | 类索引 | 2个字节 | 1 |
| u2 | super_class | 父类索引 | 2个字节 | 1 | |
| u2 | interfaces_count | 接口计数器 | 2个字节 | 1 | |
| u2 | interfaces | 接口索引集合 | 2个字节 | interfaces_count | |
| 字段表集合 | u2 | fields_count | 字段计数器 | 2个字节 | 1 |
| field_info | fields | 字段表 | n个字节 | fields_count | |
| 方法表集合 | u2 | methods_count | 方法计数器 | 2个字节 | 1 |
| method_info | methods | 方法表 | n个字节 | methods_count | |
| 属性表集合 | u2 | attributes_count | 属性计数器 | 2个字节 | 1 |
| attribute_info | attributes | 属性表 | n个字节 | attributes_count |
Class 文件数据类型
| 数据类型 | 定义 | 说明 |
| 无符号数 | 无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或按照 utf-8 编码构成的字符串值。 | 其中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 |
| 表 | 表是由多个无符号数或其他表构成的复合数据结构。 | 所有的表都以“_info”结尾。 由于表没有固定长度，所以通常会在其前面加上个数说明。 |
魔数
Magic Number（魔数）cafebaby
- 每个 Class 文件开头的 4 个字节的无符号整数称为魔数（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有效合法的 Class 文件。即：魔数是 Class 文件的标识符。
- 魔数值固定为 0xCAFEBABE。不会改变。
- 如果一个 Class 文件不以 0xCAFEBABE 开头，虚拟机在进行文件校验的时候就会直接抛出以下错误：
1. Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again 2. Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value 1885430635 in class file StringTest
- 使用魔数而不是扩展名来进行识别主要是基于安全方面的考虑，因为文件扩展名可以随意地改动。
文件版本号
紧接着魔数的 4 个字节存储的是 Class 文件的版本号。同样也是 4 个字节。第 5 个和第 6 个字节所代表的含义就是编译的副版本号 minor_version，而第 7 个和第 8 个字节就是编译的主版本号 major_version。
它们共同构成了 class 文件的格式版本号。譬如某个 Class 文件的主版本号为 M，副版本号为 m，那么这个 Class 文件的格式版本号就确定为 M.m。
Class 文件版本号对应关系
| 主版本（十进制） | 副版本（十进制） | 编译器版本 |
| 45 | 3 | 1.1 |
| 46 | 0 | 1.2 |
| 47 | 0 | 1.3 |
| 48 | 0 | 1.4 |
| 49 | 0 | 1.5 |
| 50 | 0 | 1.6 |
| 51 | 0 | 1.7 |
| 52 | 0 | 1.8 |
| 53 | 0 | 1.9 |
| 54 | 0 | 1.10 |
| 55 | 0 | 1.11 |
Java 的版本号是从 45 开始的，JDK1.1 之后的每个 JDK 大版本发布主版本号向上加 1。
不同版本的 Java 编译器编译的 Class 文件对应的版本是不一样的。目前，高版本的 Java 虚拟机可以执行由低版本编译器生成的 Class 文件，但是低版本的 Java 虚拟机不能执行由高版本编译器生成的 Class 文件。否则 JVM 会抛出 java.lang.UnsupportedClassVersionError 异常。（向下兼容
在实际应用中，由于开发环境和生产环境的不同，可能会导致该问题的发生。因此，需要我们在开发时，特别注意开发编译的 JDK 版本和生产环境中的 JDK 版本是否一致。
常量池集合
常量池是 Class 文件中内容最为丰富的区域之一。常量池对于 Class 文件中的字段和方法解析也有着至关重要的作用。
随着 Java 虚拟机的不断发展，常量池的内容也日渐丰富。可以说，常量池是整个 Class 文件的基石。
在版本号之后，紧跟着的是常量池的数量，以及若干个常量池表项。
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 类型的无符号数，代表常量池容量计数值（constant_pool_count）。与 Java 中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从 1 而不是 0 开始的。
常量池中的第一个常量是一个占位符，它不是有效的常量，但它被用来使常量索引从1开始计数。常量池计数器的0位置作用是占用一个常量池条目位置，为常量池中的有效常量腾出空间。
| 类型 | 名称 | 数量 |
| u2（无符号数） | constant_pool_count | 1 |
| cp_info（表） | constant_pool | constant_pool_count - 1 |
Class 文件使用了一个前置的容量计数器（constant_pool_count）加若干个连续的数据项（constant_pool）的形式来描述常量池内容。我们把这一系列连续常量池数据称为常量池集合。
常量池表项中，用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放
常量池计数器
constant_pool_count（常量池计数器）
- 由于常量池的数量不固定，时长时短，所以需要放置两个字节来表示常量池容量计数值。
- 常量池容量计数值（u2 类型）：从 1 开始，表示常量池中有多少项常量。即 constant_pool_count=1 表示常量池中有 0 个常量项。
其值为0x0016，掐指一算，也就是22。需要注意的是，这实际上只有21项常量。索引为范围是1-21。为什么呢？
通常我们写代码时都是从0开始的，但是这里的常量池却是从1开始，因为它把第0项常量空出来了。这是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达“不引用任何一个常量池项目”的含义，这种情况可用索引值0来表示。
常量池表
constant_pool是一种表结构，以1 ~ constant_pool_count - 1为索引。表明了后面有多少个常量项。
常量池主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）
它包含了class文件结构及其子结构中引用的所有字符串常量、类或接口名、字段名和其他常量。常量池中的每一项都具备相同的特征。第1个字节作为类型标记，用于确定该项的格式，这个字节称为tag byte（标记字节、标签字节）。
| 类型 | 标志(或标识) | 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 | 字段或方法的符号引用 |
| CONSTANT_MethodHandle_info | 15 | 表示方法句柄 |
| CONSTANT_MethodType_info | 16 | 标志方法类型 |
| CONSTANT_InvokeDynamic_info | 18 | 表示一个动态方法调用点 |
字面量和符号引用
| 常量 | 具体的常量 |
| 字面量 | 文本字符串 |
| 声明为 final 的常量值 | |
| 符号引用 | 类和接口的全限定名 |
| 字段的名称和描述符 | |
| 方法的名称和描述符 |
全限定名
com/atguigu/test/Demo 这个就是类的全限定名，仅仅是把包名的“.“替换成”/”，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“;”表示全限定名结束。
简单名称
简单名称是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，上面例子中的类的 add()方法和 num 字段的简单名称分别是 add 和 num。
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（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）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：
| 标志符 | 含义 |
| B | 基本数据类型 byte |
| C | 基本数据类型 char |
| D | 基本数据类型 double |
| F | 基本数据类型 float |
| I | 基本数据类型 int |
| J | 基本数据类型 long |
| S | 基本数据类型 short |
| Z | 基本数据类型 boolean |
| V | 代表 void 类型 |
| L | 对象类型，比如：Ljava/lang/Object; |
| [ | 数组类型，代表一维数组。比如：`double[] is [D，二维则double【】 is 【【D |
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 java.lang.String tostring()的描述符为()Ljava/lang/String; ，方法 int abc(int[]x, int y)的描述符为([II)I。
符号引用和直接引用
符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到了内存中。
直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那说明引用的目标必定已经存在于内存之中了。
常量类型和结构
常量池中每一项常量都是一个表，J0K1.7 之后共有 14 种不同的表结构数据。
根据上图每个类型的描述我们也可以知道每个类型是用来描述常量池中哪些内容（主要是字面量、符号引用）的。比如:
CONSTANT_Integer_info是用来描述常量池中字面量信息的，而且只是整型字面量信息。
标志为15、16、18的常量项类型是用来支持动态语言调用的（jdk1.7时才加入的）。
- CONSTANT_Class_info 结构用于表示类或接口
- CONSTAT_Fieldref_info、CONSTAHT_Methodref_infoF 和 lCONSTANIT_InterfaceMethodref_info 结构表示字段、方汇和按口小法
- CONSTANT_String_info 结构用于表示示 String 类型的常量对象
- CONSTANT_Integer_info 和 CONSTANT_Float_info 表示 4 字节（int 和 float）的数值常量
- CONSTANT_Long_info 和 CONSTAT_Double_info 结构表示 8 字作（long 和 double）的数值常量
- 在 class 文件的常最池表中，所行的 a 字节常借均占两个表成员（项）的空问。如果一个 CONSTAHT_Long_info 和 CNSTAHT_Double_info 结构在常量池中的索引位 n，则常量池中一个可用的索引位 n+2，此时常量池长中索引为 n+1 的项仍然有效但必须视为不可用的。
- CONSTANT_NameAndType_info 结构用于表示字段或方法，但是和之前的 3 个结构不同，CONSTANT_NameAndType_info 结构没有指明该字段或方法所属的类或接口。
- CONSTANT_Utf8_info 用于表示字符常量的值
- CONSTANT_MethodHandle_info 结构用于表示方法句柄
- CONSTANT_MethodType_info 结构表示方法类型
- CONSTANT_InvokeDynamic_info 结构表示 invokedynamic 指令所用到的引导方法(bootstrap method)、引导方法所用到的动态调用名称(dynamic invocation name)、参数和返回类型，并可以给引导方法传入一系列称为静态参数（static argument）的常量。
- 这 14 种表（或者常量项结构）的共同点是：表开始的第一位是一个 u1 类型的标志位（tag），代表当前这个常量项使用的是哪种表结构，即哪种常量类型。
- 在常量池列表中，CONSTANT_Utf8_info 常量项是一种使用改进过的 UTF-8 编码格式来存储诸如文字字符串、类或者接口的全限定名、字段或者方法的简单名称以及描述符等常量字符串信息。
- 这 14 种常量项结构还有一个特点是，其中 13 个常量项占用的字节固定，只有 CONSTANT_Utf8_info 占用字节不固定，其大小由 length 决定。为什么呢？因为从常量池存放的内容可知，其存放的是字面量和符号引用，最终这些内容都会是一个字符串，这些字符串的大小是在编写程序时才确定，比如你定义一个类，类名可以取长取短，所以在没编译前，大小不固定，编译后，通过 utf-8 编码，就可以知道其长度。
- 常量池：可以理解为 Class 文件之中的资源仓库，它是 Class 文件结构中与其他项目关联最多的数据类型（后面的很多数据类型都会指向此处），也是占用 Class 文件空间最大的数据项目之一。
- 常量池中为什么要包含这些内容？Java 代码在进行 Javac 编译的时候，并不像 C 和 C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载 C1ass 文件的时候进行动态链接。也就是说，在 Class 文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。
