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从JVM设计者的角度来看.class文件结构，一文弄懂.class文件的身份地位

本文相关虚拟机的命令
Class文件产生背景及重要地位
- 【问题】只有Java语言编译后的class文件才能在 JVM 里面跑吗？
- class文件的地位
Class 类文件结构设计解析
- 【问题】你会怎么设计class文件？

本文相关虚拟机的命令

编写Java源码

从JVM设计者的角度来看.class文件结构，一文弄懂.class文件的身份地位 — Java源码

编译指令 javac xxx.java，得到.class文件
hexdump -C filename可以查看二进制文件

编译后使用 javap -c 类名, 得到.class文件对应的虚拟机指令 class文件对应的虚拟机指令

这里先让大家大致的看看.class文件和虚拟机指令的样子，不会让你有种“所爱隔山海”的感觉。

Class文件产生背景及重要地位

【问题】只有Java语言编译后的class文件才能在 JVM 里面跑吗？

首先抛一个问题，是不是只有Java语言编译后的class文件才能在jvm中运行，也就是说其他的语言是否可以使用Java虚拟机作为媒介？答案是：不是，可以的；只要符合JVM文件结构的规范，编译后的文件均能运行，比如scala语言.scala结尾文件，可以编译为.class文件，可以在jvm中运行，哈哈哈，这里写的好生硬。

如图各种语言与JVM的爱恨情仇，只要你的语言经过自己的编译器，最终能得到一个JVM需要的.class文件，那么你就可以。

class文件的地位

Source: 源码
Class: 字节码
Runtime: 运行时

字节码形态经由Classloader加载变成运行时形态（内存中）。

java 刚刚诞生的口号“一次编写，到处运行",这是满足开发人员对冲破平台限制渴望的实现，这个很快就实现。然而设计者一开始发布规范文档的时候就是刻意把Java规范拆解成了《Java语言规范》和《Java虚拟机规范》，也就是说他们对虚拟机的野心不止于Java语言，他们未来的目标是冲破语言限制，现在也实现了，Scala，jRuby这些语言都可以运行在Java虚拟机上面。随着平台（windows,linux,unix）基本稳定，而语言日新月异，日后JAVA“语言无关”的优势可能会超过“平台无关”的优势！

实现语言无关的关键就是虚拟机和字节码存储格式。可以理解成虚拟机给你提供一个接口，你只需要按照他指定的格式传class文件给他，他便可以运行你的代码，所以关键就是这个class文件。虚拟机不关心你的项目使用什么语言进行代码实现，最后你只需要按照他想要的class格式编译成class文件传给他，就可以成功运行在虚拟机上面。我说的够清楚了吧老弟？

Class 类文件结构设计解析

class 文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，中间没有任何分隔符 ，正是因为没有任何分隔符所以class文件里面的数据项在顺序和数量上面是严格限定的，每个字节的含义，长度，先后顺序，都不允许改变。具体class文件内容看图。

class文件采用的是一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据，本质就是一张表，如图所示：

【问题】你会怎么设计class文件？

首先抛出一个问题，JVM一开始就是服务Java的，拿Java语言来举例子，如果你是设计者，你将你的Java源码编译成class文件，你会怎么设计这个class文件？

思路： 转换成容易理解的实现，知道Java的，一般都知道xml文件，一个JavaBean完全可以转化为用xml这种描述性语言来表示，原因是xml是指定好了协议，你的Java要变成 xml 就要按照我的协议来办事，用 xml 描述一个学生对象如下：

协议的话其实就很能理解，你的class是一个十六进制文件，那么就必须制定自己的协议啊，使得你的十六进制描述的东西可以转化为 JVM 可以理解的虚拟机指令，也就是你的 “xx” 这几个字母是为了告诉虚拟机干啥，“oo”这几个字母是想告诉虚拟机干啥，“xxoo”又是表示啥，这里先看看实际的JVM指令以及和class文件对应关系（现在的 JVM 指令有255个大约）

转化： 有了思路就好办了，转化一下，将 JAVA 源码转化为 CLASS 文件，来看看具体怎么转化：

一个Java类对应一个class文件（有可能是多个，如果类里面有内部类），里面有哪些东西？肯定不能丢东西嘛，这是最基本的要求，如果人家明明写的是“你绿了我吗”，你给搞成了“你绿了我”，那这心情起伏还是蛮大的哈。
Java类里面的东西你怎么剖析，怎么设计存储？

简单解剖一下，class文件可能是Java中的class类，也可能是接口，一个class所表示的里面还可能不止一个类和接口，得区分一下吧？来，敲黑板划重点，大胆设计就是接口类型集合，普通类集合，还不止一个？再加两个字段接口个数，类个数，一切都是这么的完美，往class文件里面找，我去都能找到，OK，我是天才，下一个。
Java里面有属性，有方法，有常量，有字段，怎么破？继续嘛，集合搞起来，个数存起来，最终得到了上面图里面的表结构的class文件。

再来回顾一下class文件内容：从JVM设计者的角度来看.class文件结构，一文弄懂.class文件的身份地位

Java类里面有什么东西，class文件应该存储些什么东西？

两种数据类型：无符号数和表 无符号数 属于基本数据类型（Java类中也有基本数据类型），以 u1,u2,u4,u8这种来代表1个字节，2个字节,4个字节，8个字节的无符号数，可以用来描述数字，索引引用，数量值或者字符串值。 表 就跟Java类中的对象引用类型一样，对象属性可以是基本数据类型（对应U1,U2无符号数），也可以是其他的对象（对应其他的表）,Java工程项目中参数实体通常以"_Param"结尾（class文件的表都习惯以“_info”结尾）
上图中的顺序，就是Class文件严格要求的顺序
各个计数器主要是用来描述表里面数据个数，例如方法计数器的值是methods_count,代表方法表method——info里面有“methods_count”个方法
整理一下，表结构用C语言表示类似下面的伪代码（忽略idea报错的红线）