魔數(shù)：

大多數(shù)情況下，我們都是通過擴展名來識別一個文件的類型的，比如我們看到一個.txt類型的文件我們就知道他是一個純文本文件。但是，擴展名是可以修改的，那一旦一個文件的擴展名被修改過，那么怎么識別一個文件的類型呢。這就用到了我們提到的“魔數(shù)”。

很多類型的文件，其起始的幾個字節(jié)的內(nèi)容是固定的（或是有意填充，或是本就如此）。因此這幾個字節(jié)的內(nèi)容也被稱為魔數(shù) (magic number)，因為根據(jù)這幾個字節(jié)的內(nèi)容就可以確定文件類型。有了這些魔術(shù)數(shù)字，我們就可以很方便的區(qū)別不同的文件。

為了方便虛擬機識別一個文件是否是class類型的文件，SUN公司規(guī)定每個class文件都必須以一個word(四個字節(jié))作為開始，這個數(shù)字就是魔數(shù)。魔數(shù)是由四個字節(jié)的無符號數(shù)組成的，而class文件的名字還挺好聽的的，其魔數(shù)就是0xCAFEBABE

讀者可以隨便編譯一個class文件，然后然后用十六進(jìn)制編輯器打開編譯后的class文件，基本格式如下：

唯一的作用是用于確定這個文件是否為一個能被虛擬機接受的Class文件，在代碼中使用魔數(shù)，不僅使代碼的可讀性大大降低，還可能導(dǎo)致各種問題。

版本號：

• Class文件版本號：次版本號組成u2+主版本號u2。共占4個字節(jié)。
• 高版本的JDK能向下兼容以前的版本的Class文件，但不能運行高版本的Class文件。
• JDK1.1的版本號為45.0-45.65535（10進(jìn)制），之后每個大版本發(fā)布主版本號加1，如：JDK1.2：46.0~46.65535。

常量池：

字符數(shù)組的存儲方式

public

1. 字符串常量池（String Constant Pool）:

即String Pool，但是JVM中對應(yīng)的類是StringTable，底層實現(xiàn)是一個hashtable，看代碼

class

Key的生成方式

• 通過String的內(nèi)容+長度生成hash值
• 將hash值轉(zhuǎn)為key

hashValue // Pick hashing algorithm // Bucket handling

Value的生成方式

將Java的String類的實例instanceOopDesc封裝成HashtableEntry

HashtableEntrytemplate

String.hashcode()

String類重寫了hashcode方法

public int hashCode() {int h = this.hash;if (h == 0 && this.value.length > 0) {char[] val = this.value;for(int i = 0; i < this.value.length; ++i) {h = 31 * h + val[i];}this.hash = h;}return h; }

可以看出String的hashcode與String的內(nèi)容是有關(guān)系的，因此下面的代碼的hashcode是相等的

public

不同方式創(chuàng)建字符串在JVM中的存在形式

雙引號

new String

兩個雙引號

兩個new String

拼接字符串底層是如何實現(xiàn)的

雙引號 + 雙引號

public

雙引號 + new String

public

1.1：字符串常量池在Java內(nèi)存區(qū)域的哪個位置？

• 在JDK6.0及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen區(qū)(也就是方法區(qū))中；
• 在JDK7.0版本，字符串常量池被移到了堆中了。至于為什么移到堆內(nèi)，大概是由于方法區(qū)的內(nèi)存空間太小了。
• JDK8以后也還是放在了Heap空間中，并沒有已到元空間。

1.2：字符串常量池是什么？

• 在HotSpot VM里實現(xiàn)的string pool功能的是一個StringTable類，它是一個Hash表，默認(rèn)值大小長度是1009；這個StringTable在每個HotSpot VM的實例只有一份，被所有的類共享。字符串常量由一個一個字符組成，放在了StringTable上。
• 在JDK6.0中，StringTable的長度是固定的，長度就是1009，因此如果放入String Pool中的String非常多，就會造成hash沖突，導(dǎo)致鏈表過長，當(dāng)調(diào)用String#intern()時會需要到鏈表上一個一個找，從而導(dǎo)致性能大幅度下降；
• 在JDK7.0中，StringTable的長度可以通過參數(shù)指定：

-XX:StringTableSize=66666

1.3：字符串常量池里放的是什么？

• 在JDK6.0及之前版本中，String Pool里放的都是字符串常量；
• 在JDK7.0中，由于String#intern()發(fā)生了改變，因此String Pool中也可以存放放于堆內(nèi)的字符串對象的引用。

需要說明的是：字符串常量池中的字符串只存在一份！
如：

String

即執(zhí)行完第一行代碼后，常量池中已存在 “hello,world!”，那么 s2不會在常量池中申請新的空間，而是直接把已存在的字符串內(nèi)存地址返回給s2。

2. class常量池(Class Constant Pool)：

2.1：class常量池簡介：

• 我們寫的每一個Java類被編譯后，就會形成一份class文件；class文件中除了包含類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息就是常量池(constant pool table)，用于存放編譯器生成的各種字面量(Literal)和符號引用(Symbolic References)；
• 每個class文件都有一個class常量池。

2.2：什么是字面量和符號引用：

• 字面量包括：1.文本字符串 2.八種基本類型的值 3.被聲明為final的常量等;
• 符號引用包括：1.類和方法的全限定名 2.字段的名稱和描述符 3.方法的名稱和描述符。

3. 運行時常量池(Runtime Constant Pool)：

• 運行時常量池存在于內(nèi)存中，也就是class常量池被加載到內(nèi)存之后的版本，不同之處是：它的字面量可以動態(tài)的添加(String#intern()),符號引用可以被解析為直接引用
• JVM在執(zhí)行某個類的時候，必須經(jīng)過加載、連接、初始化，而連接又包括驗證、準(zhǔn)備、解析三個階段。而當(dāng)類加載到內(nèi)存中后，jvm就會將class常量池中的內(nèi)容存放到運行時常量池中，由此可知，運行時常量池也是每個類都有一個。在解析階段，會把符號引用替換為直接引用，解析的過程會去查詢字符串常量池，也就是我們上面所說的StringTable，以保證運行時常量池所引用的字符串與字符串常量池中是一致的。

public

訪問標(biāo)志：

（1）作用：

用于識別一些類或接口層次的訪問信息，主要包括：

• 這個Class是類還是接口；
• 是否定義為public類型；
• 是否定義abstract類型；
• 如果是類的話是否被聲明為final；
• 是否是注解
• 是否是枚舉
• 是否可用invokespecial字節(jié)碼指令

（2）組成：

如上所示，訪問標(biāo)志中一共有16個標(biāo)志位可以使用，當(dāng)前只制定了8個。

類索引，父類索引，接口索引集合：

這三項數(shù)據(jù)主要用于確定這個類的繼承關(guān)系

（1）定義與作用：

類索引（this_class）和父類索引（super_class）都是一個 u2 類型的數(shù)據(jù)，而接口索引集合（interfaces）是一組 u2類型的數(shù)據(jù)集合，Class文件中由這三項數(shù)據(jù)來確定類的繼承關(guān)系。

• 類索引：用來確定這個類的全限定名；
• 父類索引：用來確定這個類的父類的全限定名。由于Java語言不允許多重繼承，所以父類索引只有一個，除了 java.lang.Object 之外，所有的Java類都有父類。因此除了java.lang.Object 外，所有Java類的父類索引都不為0。
• 接口索引：用來描述這個類實現(xiàn)了哪些接口。這些被實現(xiàn)的接口將按 implement 語句（若此類本身是一個接口，則應(yīng)當(dāng)是extend語句）后的接口順序從左到右排列在接口索引集合中。

（2）類索引查找：

類索引、父類索引、接口索引都按照順序排列在訪問標(biāo)志之后，類索引和父類索引用兩個 u2 類型的索引值表示，它們各自指向一個類型為 CONSTANT_Class_info 的類描述符常量，通過CONSTANT_Class_info 類型常量中的索引值可以找到定義在 CONSTANT_Utf8_info類型常量中的全限定名字符串。下圖所示為類索引查找過程：

（3）接口計數(shù)器：

對于接口索引集合，入口的第一項——u2 類型的數(shù)據(jù)為接口計數(shù)器（interfaces_count），表示索引表的容量。如果該類沒有實現(xiàn)任何接口，則該計數(shù)器為0，后面接口的索引表不再占用任何字節(jié)。類索引、父類索引、接口索引的內(nèi)容如下圖：

查看上圖可知，從偏移地址 0x000000F1 開始的3個 u2 類型的值分別為 0x0001、0x0003、0x0000，代表著類索引為1、父類索引為3、接口索引集合為0。

字段表集合：

（1）字段表結(jié)構(gòu)：

可以想一想在Java中描述一個字段可以包含什么信息？可以包括的信息有：

• 字段的作用域（public、private、protected修飾符）
• 是實例變量還是類變量（static修飾符）
• 可變性（final）
• 并發(fā)可見性（volatile修飾符，是否強制從主內(nèi)存讀寫）
• 是否被序列化（transient修飾符）
• 字段數(shù)據(jù)類型（基本類型、對象、數(shù)組）
• 字段名稱

在上述這些信息中，各個修飾符都是布爾值，要么有某個修飾符，要么沒有，很適合使用標(biāo)志位來表示。而字段叫什么名字、被定義成什么數(shù)據(jù)類型都是無法固定的，只能引用常量池中的常量來描述。下表列出了字段表的最終格式：

• access_flags：是一個 u2的數(shù)據(jù)類型。
• name_index 索引值： 對常量池的引用，代表著字段的簡單名稱。
• descriptor_index 索引值： 對常量池的引用，代表字段和方法的描述符。

（2）定義與作用：

字段表（field_info）用于描述接口或者類中聲明的變量。字段（field）包括類級變量和實例級變量，但是不包括方法內(nèi)部聲明的局部變量。簡單來說，字段表集合存儲的修飾符+名稱

變量修飾符使用標(biāo)志位表示，字段數(shù)據(jù)類型和字段名稱則引用常量池中常量表示

方法表集合：

（1）結(jié)構(gòu)：

Class文件存儲格式中對方法表的描述與字段表是一致的，包括了：

• 訪問標(biāo)志（access_flags）
• 名稱索引（name_index）
• 描述符索引（descriptor_index）
• 屬性表集合（attributes）

這些數(shù)據(jù)項目的含義也非常類似，僅在訪問標(biāo)志和屬性表集合的可選項中有區(qū)別：

（2）方法表與字段表的區(qū)別：

區(qū)別在于訪問標(biāo)志的不同：在方法中不能了用volatile和transient關(guān)鍵字修飾，所以方法表中無ACC_VOLATILE、ACC_TRANSIENT。與之相對的 synchronized、native、strictfp、abstract關(guān)鍵字可修飾方法，所以在方法表中就增加了相應(yīng)的訪問標(biāo)志。

（3）標(biāo)志位：

對于方法表，所有的標(biāo)志位及取值如下表：

行文自此，你會發(fā)現(xiàn)方法的定義可以通過訪問標(biāo)志、名稱索引、描述符索引表達(dá)清楚，但是方法里的代碼去哪里了？

方法里的Java代碼，經(jīng)過編譯器編譯成字節(jié)碼指令后，存放在方法屬性表集合一個名為“Code”屬性里，屬性表作為Class文件格式中最具擴展性的一種數(shù)據(jù)項目。

屬性表集合：

屬性表（attribute_info）在Class文件、字段表、方法表都可以攜帶自己的屬性集合，用于描述某些場景專有的信息。

與Class文件中的其它數(shù)據(jù)項木要求嚴(yán)格的順序、長度和內(nèi)存不同，屬性表集合限制稍寬松，不再要求各個屬性表具有嚴(yán)格順序，只要不與已有屬性名重復(fù)，任何人實現(xiàn)的二便一起都可以想屬性表中寫入自己定義的屬性信息，而Java虛擬機會忽略掉它不認(rèn)識的屬性。

下表對其中的一些屬性中關(guān)鍵常用部分進(jìn)行講解：

對于每個屬性，它的名稱需要從常量池中引入一個 CONSTANT_Utf8_info類型的常量來表示，而屬性值的結(jié)構(gòu)則是完全自定義的，只需要通過一個u4 長度屬性去說明屬性值所占用的位置即可。一個符合規(guī)則的屬性表應(yīng)滿足如下結(jié)構(gòu)：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的修改 class_带你探索JVM的Class文件结构的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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