1 JVM的“平台无关性”

Java具有平台无关性，即任何操作系统都能运行Java代码。

之所以能实现这一点，是因为Java运行在虚拟机之上,不同的操作系统都拥有各自的Java虚拟机,因此Java能实现"一次编写,处处运行"。

而JVM不仅具有平台无关性，还具有语言无关性：

• 平台无关性是指不同操作系统都有各自的JVM
• 语言无关性是指Java虚拟机能运行除Java以外的代码!

但JVM对能运行的语言是有严格要求的。首先来了解下Java代码的运行过程：

Java源代码首先需要使用Javac编译器编译成class文件，然后启动JVM执行class文件，从而程序开始运行。

即JVM只认识class文件，它并不管何种语言生成了class文件，只要class文件符合JVM的规范就能运行。

因此目前已经有Scala、JRuby、Jython等语言能够在JVM上运行。它们有各自的语法规则，不过它们的编译器都能将各自的源码编译成符合JVM规范的class文件，从而能够借助JVM运行它们。

Class文件是JVM的输入, Java虚拟机规范中定义了Class文件的结构。Class文件是JVM实现平台无关、技术无关的基础。

2 纵观Class文件结构

class文件包含Java程序执行的字节码，数据严格按照格式紧凑排列在class文件中的二进制流，中间无任何分隔符。

文件开头有一个0xcafebabe(16进制)特殊的一个标志。

• 下图展示为16进制

class文件是一组以8字节为单位的二进制字节流，对于占用空间大于8字节的数据项,按照高位在前的方式分割成多个8字节进行存储。

它的内容具有严格的规范，文件中没有任何分隔符，全是连续的0/1。

class文件中的所有内容被分为两种类型：

• 无符号数
  基本的数据类型,以u1、u2、u4、u8,分别代表1字节、2字节、4字节、8字节的无符号数
• 表
  class文件中所有数据(即无符号数)要么单独存在,要么由多个无符号数组成二维表.即class文件中的数据要么是单个值,要么是二维表.通常以_info 结尾

文件格式

javap工具生成非正式的"虚拟机汇编语言” ,格式如下:

<index> <opcode> [<operand1> [<operand2> ...]][<comment>]

• <index>是指令操作码在数组中的下标,该数组以字节形式来存储当前方法的Java虚拟机代码;也可以是相对于方法起始处的字节偏移量
• <opcode>是指令的助记码
• < operand>是操作数
• <comment>是行尾的注释

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];
}

实践

• Demo1.java

Demo1.txt

版本号规则: JDK5,6,7,8

分别对应49,50,51,52

2.1 魔数(Magic Number)

class文件的头4个字节称为魔数,唯一作用是确定这个文件是否为一个能被JVM接受的Class文件.

作用就相当于文件后缀名,只不过后缀名容易被修改,不安全.

是用16进制表示的"CAFEBABE".

2.2 版本信息

紧接着魔数的4个字节是版本号.它表示本class中使用的是哪个版本的JDK.

在高版本的JVM上能够运行低版本的class文件,但在低版本的JVM上无法运行高版本的class文件.