深入理解JVM - 类文件结构(上)

简介: 深入理解JVM - 类文件结构(上)

前言



JVM的类文件结构基本都会要记忆的内容,我相信你也记不住,当然我也是记不住的,所以这里只会列出大致的类文件结构,我们需要大致了解类文件结构是怎么一回事就行了,具体到那个位存哪个内容,内容确实太多了,感兴趣可以直接去读书中对应的第6章 类文件结构这一个章节的内容。

类文件结构个人认为需要注意的点就是这几点:大致的类文件结构,部分Jdk的特性如何通过改动class文件结构实现,比如泛型,自动拆装箱,动态代理,lambada语法等。


概述:


其实主要内容就是介绍CLASS的文件结构。

  1. 了解JVM的类文件基本结构。
  2. 了解常量池的内容
  3. 了解重点内容属性表集合


下面是思维导图的地址:www.mubucm.com/doc/1-ZGc-0…


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什么是Class类文件?


.class文件是由.java通过Javac的命令编译而来的,也是JVM实现跨平台的关键,同时Class类文件实际上的内容是包含字节码指令的二进制文件,而字节码指令简单理解是jvm对于汇编指令的进一步封装,甚至有一些书籍拿字节码的指令来讲部分操作系统的底层逻辑实现,注意不要被洗脑了,JVM的字节码指令只能被JVM识别,放到别的平台就是一堆乱码,如果带歪了建议看CSAPP这本书洗回来。

既然是由外部的.java文件翻译并且加载到虚拟机上,那么class文件的结构毫无疑问需要严格的规定,防止代码破坏jvm正常执行,事实上《JVM虚拟机规范》规定了Class文件的整个结构,对于每一位都有严格的要求,现代的JDK虽然对于这个规范有了不少的改动,但是整体来看最基础的结构还是按照最初始发布的那一套执行,所以基本不需要担心过时的问题。

任意一个class文件对应一个类或者接口定义,class文件结构也可以看做是一种规范,只要其他语言也能遵守class文件的规范,意味着完全可以通过编写其他语言的程序转化为class文件最终翻译到JVM中。


class文件结构


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。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 [2] 的方式分割 成若干个8个字节进行存储。

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”

无符号数:代表了基本的数据类型,比如u1、u2、u3等,数字代表了字节,比如1个字节,2个字节,3个字节,无符号数可以描述数字,索引引用或者经过UTF-8的编码为字符串存储

比如\u304这种字符串

: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,习惯性以“_info”结尾。

最后可以整个class文件结构看出如下的一张表。


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class文件结构详解


了解了class文件的大致结构,下面来聊聊class文件的具体组成了。


魔数0xCAFEBABE


在class文件的结构中,每个Class文件的头4个字节被称为魔数(Magic Number),它唯一的作用是标记这个文件是一个class文件,除此之外没有其他作用,至于为什么叫做咖啡宝贝是因为它象征着著名咖啡品牌Peet’s Coffee并且深受欢迎的Baristas咖啡。


次主版本号


为什么叫做次主版本号?是因为接着魔数的后面的位数第5、6个字节被称为次版本号,第7、8个字节是主版本号。Java的版本号是从45开始的,JDK 1.1之后的每个JDK大版本发布主版本号向上加1(JDK 1.0~1.1使用了45.0~45.3的版本号)。高版本支持向下兼容,但是低版本不支持向上兼容,哪怕代码一模一样。《Java虚拟机规范》

例如,JDK 1.1能支持版本号为45.0~45.65535的Class文件,无法执行版本号为46.0以上的Class文件,而JDK 1.2则能支持45.0~46.65535的Class文件。目前最新的JDK版本为13,可生成的Class文件主版本号最大值为57.0。

下面是书中给出的具体案例:


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下面是一个JDK版本号对应参考图:


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从JDK 9开始,Javac编译器不再支持使用-source参数编译版本号小于1.5的源码

原因:JDK9的模块化,以及扩展类加载器的改动。


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