JVM字节码文件结构深度剖析

反汇编，以下命令可以查看相对可读的详细结构

javap -verbose ByteCode.class

与Class二进制文件并不是直接对齐的

Class二进制文件结构参照表

ClassFile {
    u4             magic;魔数
    u2             minor_version;副版本号
    u2             major_version;主版本号
    u2             constant_pool_count;常量数量
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];常量池
    u2             access_flags;权限标志位
    u2             this_class;本类全类名
    u2             super_class;父类全类名
    u2             interfaces_count;实现的接口数
    u2             interfaces[interfaces_count];实现的接口
    u2             fields_count;字段数量
    field_info     fields[fields_count];字段信息表
    u2             methods_count;方法数量
    method_info    methods[methods_count];方法信息表
    u2             attributes_count;附加属性数量
    attribute_info attributes[attributes_count];附加属性表
}

常量池入口，占用二个字节,常量池中的第0个位置被我们的jvm占用了表示为null 所以我们通过编译出来的常量池索引是从1开始的。

常量池是 class 文件中一个用于存放各种**字面量（如字符串、数值）和符号引用（类名、字段、方法名等）**的表。

常量池常量结构表

u1,u2,u4,u8分别代表1个字节,2个字节,4个字节,8个字节的无符号数

tag均是u1

13456属于字面量、其他属于符号引用类型

我们的常量池可以看作我们的java class类的一个资源仓库(比如Java类定的方法和变量信息),我们后面的方法类的信息的描述信息都是通过索引去常量池中获取。

1. 常量池中主要存放二种常量,一种是字面量 一种是符号引用
   
   

在JVM规范中，每个字段或者变量都有描述信息,描述信息的主要作用是数据类型，方法参数列表,返回值类型等。 基本参数类型和void类型都是用一个大写的字符来表示，对象类型是通过一个大写L加全类名表示，这么做的好处就是在保证jvm能读懂class文件的情况下尽量的压缩class文件体积.

1. 基本数据类型表示:

• B---->byte
• C---->char
• D---->double
• F----->float
• I------>int
• J------>long
• S------>short
• Z------>boolean
• V------->void

2. 对象类型:

• String------>Ljava/lang/String;(前面有个L后面有一个分号)

3. 对于数组类型: 每一个唯独都是用一个前置[来表示比如:

• int[] ------>[I
• String [][]------>[[Ljava.lang.String;

用描述符来描述方法的,先参数列表，后返回值的格式，参数列表按照严格的顺序放在()中
比如String getUserInfoByIdAndName(int id,String name) 的方法描述符号

• （I,Ljava/lang/String;）Ljava/lang/String;

Class文件结构类的访问标识符号解析 Access_flag

jvm规范并没有穷举出所以的类型 而是通过位运算的出来的。
0x0021 = 0x0020 位运算 0x0001 那么我们可以得出这个class的访问权限是ACC_PUBLIC 和ACC_SUPER

This class name的描述当前的所属类

this class name 占用二个字节，表示索引

super class name （当前class的父类名字）

同样占用二个字节，也是表示索引值

接口信息

实现的接口数量

占用二个字节表示实现了几个接口，是实现接口数量的上限也是0xffff

实现的接口

每个接口名占两个字节，来表示接口的位于常量池中的索引

字段表信息分析

字段结构

field_info {
    u2 access_flags;         // 访问标志（如 public、static、final 等）
    u2 name_index;           // 字段名称（指向常量池的 Utf8 项）
    u2 descriptor_index;     // 字段类型描述符（指向常量池的 Utf8 项）
    u2 attributes_count;     // 属性数量
    attribute_info attributes[attributes_count]; // 属性表（如 ConstantValue 等）
}

field_info.attributes一般会存：

• ConstantValue
  只有 static final 常量字段才有，存储该字段的常量值（比如 public static final int MAX = 100;），内容是一个指向常量池中具体常量的索引。
• Deprecated
  标记字段已经废弃，提示编译器或工具警告。
• Synthetic
  标记字段是编译器生成的，不是源代码写的。
• RuntimeVisibleAnnotations 和 RuntimeInvisibleAnnotations
  存储字段上的注解信息。

字段访问标志

方法表信息分析

方法结构

method_info {
    u2 access_flags;           // 访问标志（public、static、final等）
    u2 name_index;             // 方法名索引（指向常量池）
    u2 descriptor_index;       // 方法描述符索引（参数类型和返回值）（()V 表示的是无参无返）
    u2 attributes_count;       // 属性个数
    attribute_info attributes[attributes_count]; // 属性数组（如Code属性）
}

method_info.attributes一般会存：

方法访问标志

attribute_info

attribute_info {
    u2 attribute_name_index;//attribute名称常量池索引
    u4 attribute_length;//info长度
    u1 info[attribute_length];//具体数据
}

• 类级别属性（ClassFile 末尾的 attributes[]）
  • SourceFile_index

            SourceFile_attribute {
                u2 attribute_name_index;   // 常量池中 "SourceFile" 字符串的索引
                u4 attribute_length;       // 属性长度，固定为2
                u2 sourcefile_index;       // 指向常量池中一个 Utf8 字符串，表示源文件名（如 "Test.java"）
        }
    

• 字段级别属性（field_info 中的 attributes[]）
  • ConstantValue
    用于修饰 静态字段（static final），表示该字段的编译时常量值，比如基本类型的字面量（int、long、float、double、String）。JVM 加载类时，会将这个值赋给对应的静态变量。

        ConstantValue_attribute {
            u2 attribute_name_index;    // 指向常量池中 "ConstantValue" 的 Utf8
            u4 attribute_length;        // 固定为 2
            u2 constantvalue_index;     // 指向常量池中该字段的常量值（Integer、Float、Long、Double、String）
        }
    

• 方法级别属性（method_info 中的 attributes[]）

  • code

    Code_attribute {
        u2 attribute_name_index;     // 必然指向 "Code"
        u4 attribute_length;         // 属性总长度（不含前6字节）
        u2 max_stack;                // 操作数栈最大深度
        u2 max_locals;              // 局部变量槽个数
        u4 code_length;              // 字节码长度（表示这个code[] 数组的字节数）
        u1 code[code_length];        // 字节码指令序列
        u2 exception_table_length;   // 异常处理表长度
        {
            u2 start_pc;
            u2 end_pc;
            u2 handler_pc;
            u2 catch_type; // 指向常量池（异常类），0代表 catch all
        } exception_table[exception_table_length];
        u2 attributes_count;//属性表的个数
        attribute_info attributes[attributes_count]; // Code 的子属性，比如 LineNumberTable 等
    }
    

    code[length]中存的是字节码指令助记符号（JVM执行的机器码）

  • LineNumberTable
    主要作用是 记录字节码指令与源代码行号的对应关系。便调试器定位当前执行的代码行，实现断点、单步调试等功能。

        LineNumberTable_attribute {
            u2 attribute_name_index;       // 常量池中 "LineNumberTable" 的索引
            u4 attribute_length;           // 属性长度
            u2 line_number_table_length;   // 表项个数（有些人对这个属性名定义不同，但是是同一个东西）
            {
                u2 start_pc;               // 字节码偏移量（指令起始位置）
                u2 line_number;            // 源代码行号
            } line_number_table[line_number_table_length];
        }
    

    line_number_table_length+line_number_table[line_number_table_length]=info[attribute_length]

  • LocalVariableTable

        LocalVariableTable_attribute {
            u2 attribute_name_index;       // 常量池中 "LocalVariableTable" 字符串的索引
            u4 attribute_length;           // 属性长度
            u2 local_variable_table_length; // 局部变量表项数
            {
                u2 start_pc;               // 变量作用域开始的字节码偏移（相当于哪个字节码指令开始可以使用这个变量）
                u2 length;                 // 作用域长度（字节码偏移范围）
                u2 name_index;             // 变量名，指向常量池Utf8
                u2 descriptor_index;       // 变量类型描述符，指向常量池Utf8
                u2 index;                  // 局部变量表槽号
            } local_variable_table[local_variable_table_length];
        }
    

    local_variable_table_length+local_variable_table[local_variable_table_length]=info[attribute_length]

  • MethodParameters
    编译器（JDK 8+）如果开启 -parameters 参数，会在字节码里生成这个属性，保留方法参数名。反射时调用 Method.getParameters() 可以获得真实的参数名。

        MethodParameters_attribute {
            u2 attribute_name_index;
            u4 attribute_length;
            u1 parameters_count;
            {
                u2 name_index;     // 参数名（常量池Utf8索引）
                u2 access_flags;   // 参数修饰符，如 final, synthetic, mandated
            } parameters[parameters_count];
        }
    

    parameters_count+parameters[parameters_count=info[attribute_length]