【摘要】 Java虚拟机和Class文件是Java实现系统无关性的基石。
Class文件是JVM实现语言无关性的基石。

Class文件中包含了Java虚拟机指令集、符号表以及若干其他辅助信息。
每一个 Class 文件对应于一个如下所示的 ClassFile 结构体：
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 majo…

Java虚拟机和Class文件是Java实现系统无关性的基石。

Class文件是JVM实现语言无关性的基石。

Class文件中包含了Java虚拟机指令集、符号表以及若干其他辅助信息。

每一个 Class 文件对应于一个如下所示的 ClassFile 结构体：

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[attributes_count];
}

  
 

  
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简单看一下各项的含义：

由于 Class 文件结构没有任何分隔符，所以无论是每个数据项的的顺序还是数量，都是严格限定的，哪个字节代表什么含义，长度多少，先后顺序如何，都是不允许改变的。

接下来我们来具体学习每项的含义。

1、魔数

这是基本上每个Java开发人员的第一个Java程序：

public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World"); }
}

  
 

  
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我使用的是Idea工具，运行，target目录下会生成对应的class文件，为了查看文件的十六进制信息，我们可以安装一个插件HexView。

安装完成之后，选择class文件，右键 HexView，打开后的十六进制如下：

第一行中有一串特殊的字符 cafebabe，它就是一个魔数，是 JVM 识别 class 文件的标志，JVM 会在验证阶段检查 class 文件是否以该魔数开头，如果不是则会抛出 ClassFormatError。

这段字节很有意思——咖啡宝贝，Java原来不止是咖啡，还是宝贝?

2、版本号

紧跟着魔数后面的四个字节 0000 0031 存储的是 class 文件的版本号：第 5 和第 6 个字节是次版本号（Minor Version），第 7 和第 8 个字节是主版本号（Major Version）。

Java的版本号是从 45 开始的，JDK1.1 之后的每个 JDK 大版本发布主版本号向上加1（JDK1.0_{JDK1.1使用了45.0}45.3的版本号），高版本的 JDK 能向下兼容以前版本的 Class 文件，但不能运行以后版本的 Class 文件，即使文件格式未发生变化。

0000 0031 对应的十进制为49，是JDK8的内部版本号。

3、常量池

紧接着主、次版本号之后的是常量池入口。

由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值（constant_pool_count）。与Java中语言习惯不同，这个容量计数是从1而不是0开始的。

如图所示，常量池容量为十六进制数0x0022，即十进制的34，这就代表常量池中有33项常量，索引值范围为1～33。Class文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始。

常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。字面量比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，主要包括下面几类常量：

• 被模块导出或者开放的包（Package）

• 类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）

• 字段的名称和描述符（Descriptor）

• 方法的名称和描述符

• 方法句柄和方法类型（Method Handle、Method Type、Invoke Dynamic）

• 动态调用点和动态常量（Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant）

这17类常量结构只有一个相同之处，表结构起始的第一位是个u1类型的标志位（tag），代表着当前常量属于哪种常量类型。

17种常量类型所代表的具体含义如表所示：