Java虛擬機器（一）-Java的class檔案詳解__Java

        java語言是跨平台的，所謂一次編寫，到處運行。之所以是跨平台的，就是 java定義了一套與作業系統，硬體無關的位元組碼格式，這個位元組碼就是用 java class檔案來表示的， java class檔案內部定義了虛擬機器可以識別的位元組碼格式，這個格式是平台無關性的，在 linux系統或者在 windows系統上都是一致的。這個就好比 html檔案，我們定義好規範，這個系統只要去按照規範顯示出來裡面的內容就好了。好比 html就是 class檔案，瀏覽器就是虛擬機器一樣，通過瀏覽器去執行 html的渲染過程，我們無論是用手機， Windows系統，蘋果系統上網，顯示出來的內容都是一樣。 java虛擬機器可以從 class檔案中載入預定義的位元組碼，也可以從網路，資料庫，訊息檔案中載入位元組碼。

如今的java虛擬機器已經稱為一種通用平台，不但能夠運行java語言，Groovy，JRuby，Jython等一大批動態語言也可以直接在Java虛擬機器上運行，其原理也是這些動態語言的編譯器將源碼檔案編譯為和Java相同的位元組碼檔案，這樣Java虛擬機器就可以像執行java語言一樣執行這些動態語言了。

位元組碼class類檔案是由一系列位元組碼命令組成，用於表示程式中各種常量、變數、關鍵字和運算子號的語義等等。

Java的Class類檔案是一組以8為位元組為單位的二進位流，各個資料項目嚴格按照順序緊湊地排列在Class類檔案之中，中間沒有添加任何分隔字元，

當遇到需要佔用8位位元組以上空間的資料項目時，按照高位在前的方式分割成若干個8位位元組進行儲存。

Java虛擬機器規定，Class類檔案格式採用類似C語言結構體的偽結構來儲存，這種偽結構中只有兩種資料類型：無符號數和表:

(1).無符號數：

屬於基本類型的資料，以u1, u2, u4, u8來分別代表1個位元組，2個位元組，4個位元組和8個位元組的無符號數，無符號數可以用來描述數字、索引引用、數量值或者按照UTF-8編碼的字串值。

(2).表：

由多個無符號數或其他表作為資料項目構成的複合資料型別，所以表都習慣性地以“_info“結尾。表用於描述有層次關係的複合結構資料，整個Class檔案本質就是一張表。

Java Class類檔案結構如下：

類型	名稱	數量
u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

Class類檔案沒有任何分隔字元，是嚴格按照這個結構表順序排列，下面具體介紹各個名稱含義：

(1).magic：

每個Class檔案的頭4個位元組被稱為魔數，它的唯一作用是用於確定這個檔案是否為一個能被java虛擬機器所接收的Class類檔案，即用於判定檔案是否是符合規範的java Class檔案。雖然說尾碼名“.class”可以表明檔案是一個Class檔案，但是檔案尾碼名是可以隨意被改動的，基於安全的考慮，很多檔案都通過魔數值來唯一確定檔案類型，java的Class檔案魔數是：0xCAFEBABE.

(2).minor_version和major_version：

每個Class檔案的第5和第6個位元組代表Class檔案的次版本號碼，第7和第8個位元組代表Class檔案的主要版本號。Class檔案的主、次版本號碼是由JDK決定的，JDK1.0~JDK1.1使用了45.0~45.3的版本號碼(45是主要版本好，點”.“之後的是次版本號碼)，從JDK1.1開始，每個大版本的JDK主要版本號加1.

Class主、次版本號碼的一個作用時，高版本的Java虛擬機器可以向前相容，運行低版本JDK編譯的Class位元組碼檔案，而低版本的java虛擬機器不能運行高版本JDK編譯的Class位元組碼檔案。當低版本的java虛擬機器運行高版本JDK編譯的Class位元組碼檔案時，通常會報類似如下的異常：

1. Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedClassVersionError: a (Unsupporte 
2. d major.minor version 49.0)

JDK1.0~JDK1.1使用了45.0~45.3的版本號碼，JDK1.2使用了46.0~46.65535的版本號碼，JDK1.3使用了47.0~47.65535的版本號碼，JDK1.4使用了48.0~48.65535的版本號碼，JDK1.5使用了49.0~49.65535的版本號碼，JDK1.6使用了50.0~50.65535的版本號碼，JDK1.7使用51.0~51.65535的版本號碼。

在編譯時間可以通過指定-target參數來改變主要版本號，如JDK1.6編譯時間如果沒有給定target參數，則編譯出來的Class檔案的主要版本號是50，如果給定”-target 1.4 -source 1.4”參數之後，則主要版本將變為48，如果給定”-target 1.5 ”參數之後，則主要版本將變為49。

(3). constant_pool_count和constant_pool：

constant_pool_count代表Class檔案中常量池的數目，由於常量池的計數從1開始，因此常量池的容量是constant_pool_count-1。

第0項常量空出做特殊考慮，為了滿足一些指向常量池的索引值在某些特定情況下需要表達“不指向任何一個常量池”的意思。

constant_pool常量池是Class類檔案中出現的第一個表類型資料，常量池主要存放兩大類常量：

a.字面量(Literal)：包括文本字串、final類型常量值。

b.符號引用(SymbolicReferences)：包括類和介面的全限定名、欄位的名稱和描述符、方法的名稱和描述符。

(4). access_flags：用於表示Class或介面層次的訪問標誌，即類或介面層面的存取控制資訊，通常儲存的資訊包括：Class類檔案是類、介面、枚舉或是註解；是否定義為public類型；是否定義為abstract類型；類是否被定義為final等等。

(5). this_class、super_class和interfaces：this_class類索引用於確定類的全限定名，super_class父類索引用於確定父類的全限定名，interfaces介面索引用於確定介面的全限定名，由於java中可以實現多個介面，因此使用interfaces_count來儲存介面數量。