JVM-2.Class文件结构

1、Class文件

（1）无关性：除了平台无关性，JVM还支持语言无关性；目前Clojure、Groovy、JRuby、Jyphon、Scala等语言可以在JVM上运行。实现语言无关性的原理仍然是字节码和JVM：其他语言的程序同样可以编译成Class文件，被JVM执行。字节码是平台无关性的基石。

（2）Class文件是以字节为基础单位的二进制流；各项数据按照顺序严格紧凑的排列，没有分隔符；对于多字节数据使用大端存储。

使用javap -verbose Test.class方法可以分析class文件的内容；javap命令在jdk的bin文件夹里；可以使用WinHex软件查看16进制值。

Class文件结构如下：

魔数：java语言对应的是0xCAFEBABY

版本信息：包括主版本号和次版本号

常量池：包括字面量(基本类型和String)和符号引用(包括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)；供后面的内容使用

访问标志：定义了2字节，只使用了8位；包括public/final/super/interface/abstract/synthetic/annotation/enum

类/父类/接口索引

字段：public/protected/private/static/final/synthetic/enum/volatile/transient、类型、名称

方法：public/protected/private/static/final/synthtic/synchronized/bridge/varargs/native/abstract/strictfp[使用 strictfp 关键字声明一个方法时，该方法中所有的float和double表达式都严格遵守FP-strict的限制,符合IEEE-754规范]【字段表集合和方法表集合不会列出继承自超类或父接口中的字段(方法重写了会列出)】

属性：其中最重要的属性为Code属性，包含方法指令集；ConstantValue属性，被final+static且类型是基本类型或String的字段使用，值为指向常量池的引用；其他还有很多重要属性。

 

2、字节码指令

（1）JVM指令由操作码(一个字节长度)及跟随其后的操作数(0至多个)组成；操作码的种类数不能超过256个。

（2）i代表int，l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，f代表float，d代表double，a代表reference。

（3）字节码指令大体分为9个类型：

加载和存储指令：将数据在帧栈中的局部变量表和操作数栈之间来回传输。

局部变量表->操作数栈：iload/lload/fload/dload/aload及_<n>版本

操作数栈->局部变量表：istore/lstore/fstore/dstore/astore及_<n>版本

常量->操作数栈：iconst_m1(m1表示-1)/iconst_<i>/bipush/sipush/ldc/ldc_w/ldc2_w/aconst_null/lconst_<l>/fconst_<f>/dconst_<d>

【当int取值-1~5采用iconst指令，取值-128~127采用bipush指令，取值-32768~32767采用sipush指令，取值-2147483648~2147483647采用 ldc 指令】

【ldc：将int, float或String型常量值从常量池中推送至栈顶；ldc_w：将int, float或String型常量值从常量池中推送至栈顶(宽索引)；ldc2_w：将long或double型常量值从常量池中推送至栈顶(宽索引)】

扩充局部变量表的访问索引：wide

运算指令：加减乘除、求余、取反、位移、按位操作、自增、比较

add/sub/mul/div/rem/neg/shl-shr/or/and/xor/inc/cmp系列

类型转换指令：宽化自动进行，窄化需要指令(永远不会抛出异常)

i2b/i2c……

对象创建与访问指令：类实例与数组不同

创建类实例和数组：new/newarray/anewarray/multianewarray

访问类字段和实例字段：getfield/putfield/getstatic/putstatic

数据元素->操作数栈：baload/caload/……/aaload

操作数栈->数组元素：bastore/castore/……/aastore

取数组长度：arraylength

检查实例类型：instanceof/checkcast

操作数栈管理指令

pop/pop2

dup/dup2/dup_x1/dup2_x1/dup_x2/dup2_x2

swap

控制转移指令

条件分支：if开头

复制条件分支：tableswitch、lookupswitch

无条件分支：goto/goto_w/jsr/jsr_w/ret

方法调用和返回指令

invokevirtual：实例方法，最常用

invokeinterface：接口方法

invokespecial：特殊实例方法，包括实例初始化、私有方法和父类方法

invokestatic：static方法

invokedynamic

return系列：可以包含返回值类型

异常处理指令

抛出异常：athrow

处理异常：不是通过指令，而是通过异常表来完成的

同步指令：方法级同步和方法内部指令同步

同步方法：通过ACC_SYNCHRONIZED标识符确定是否是同步方法

同步指令序列：monitorenter/monitorexit【为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行，编译器会自动产生一个异常处理器，声明可处理的所有异常，目的就是执行monitorexit指令】

 

3、参考：《深入理解Java虚拟机》《深入分析Java Web技术内幕》