关于Class文件

什么是Class文件

Java人对class文件肯定很熟悉了，它是Java源码编译后的产物。JVM运行时负责加载class文件，并根据class定义的执行逻辑运行。java为了将硬件底层的差异屏蔽掉，引入了Java虚拟机（JVM）并将硬件差异处理都放到JVM中，所以可以编译出统一的二进制文件——class。所以只要通过编译器编译成规范的class文件都可以在JVM上面运行，像现在很多其他语言其实都是编译成class文件并运行在JVM上，例如Scala、JRuby、Groovy、Clojure等等。

class字节码作为java虚拟机的语言，java虚拟机规范规定了class文件的结构，JVM运行时类加载器就会对这些class字节码进行加载。这里并不深入讨论JVM对于class字节码的处理，而是主要了解class文件的结构，因为tomcat的实现涉及到了class相关知识。

Class文件结构

每个class文件包含一个类或者接口的Java类型，class文件以8位字节为基础的二进制流，每个数据项的顺序和占用字节数都有严格的规定。一个class文件的基本结构如下：

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[attribute_count];

}

class文件结构主要包含两种数据类型，其中u开头表示无符号数，u1表示1个字节，u2表示2个字节，u4表示4个字节；另外一些为xxx_info，它是一种表结构，里面又包含了若干的无符号数和表结构。

• ①magic，即魔数，每个class文件开头4个字节，它的值固定为0xCAFEBABE，用于标识是否为class文件。
• ②minor_version和major_version，表示编译器使用的JDK的副版本和主版本，高版本编译的class文件可以向下兼容低版本，即高版本JDK可以运行低版本的class，而低版本的JDK不能运行高版本的class。
• ③constant_pool_count，表示常量池计数器，但这里有个比较特殊的地方，假如它的值为100，则常量池的常量数为99个。因为常量池的计数是从1开始的。
• ④constant_pool，表示常量池的数据集合，常量池中每个常量都是一个表结构表示，这些表结构一共包括11种，其中主要包括的类型为：utf-8字符串、整型、浮点型、长整型、双精度浮点型、类或接口引用、字符串类型、字段引用、类方法引用、接口方法引用、名称和类型引用。
• ⑤access_flags，表示访问标识，用于标识类或接口的访问信息，例如是否为public类型、是否被声明为final、是否是一个接口、是否为abstract类型、是否为注解、是否为枚举等等。
• ⑥this_class，表示此类的全限定名（全限定名的格式：例如com.test.MyTomcat”类的全限定名为”com/test/MyTomcat;”）。
• ⑦super_class，表示此类的父类的全限定名。
• ⑧interfaces_count，表示此类实现接口的计数器，如果为3，则表示实现了3个接口。
• ⑨interfaces，表示类实现的接口集，它的每个值都必须是常量池里的有效引用。
• ⑩fields_count，表示字段计数器。
• ⑪fields，表示类的字段集，每个字段表结构包括：访问标识、字段名引用、字段描述符引用、属性计数器、属性表结构集等等。其中字段描述符使用了简称表示，例如B表示byte类型，所有的类型包括：B-byte、C-char、D-double、F-float、I-int、J-long、S-short、Z-boolean、V-void、L-对象类型，如：Ljava/lang/String;。除此之外数组则用 [ 表示，例如double[][] d的类型为 [[D ，而String[] s的类型则为[Ljava/lang/String。
• ⑫methods_count，表示方法计数器。
• ⑬methods，表示类的方法集，每个方法表结构包括：访问标识、方法名引用、方法描述符引用、属性计数器、属性表结构集等等。其中方法描述符应该按先参数列表，后返回值的顺序进行描述，而且参数列表按照参数顺序放”()”之内，如：方法”String get(long id,String name)”的描述符为”(J,Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;”
• ⑭attributes_count，表示class的属性计数器。
• ⑮attributes，表示class的属性，属性表结构集不要求严格的顺序，只要属性名称不与存在的属性名重复即可，虚拟机规范中规定了9个属性，除此之外还可以自己定义一些属性并自己实现编译器把属性添加到class文件中，JVM运行时会把不能识别的属性忽略，而不会影响运行。所以添加了属性还得JVM支持才行。