从JVM设计者的角度来看.class文件结构，一文弄懂.class文件的身份地位

目录

• 本文相关虚拟机的命令
• Class文件产生背景及重要地位
  • 【问题】只有Java语言编译后的class文件才能在 JVM 里面跑吗？
  • class文件的地位
• Class 类文件结构设计解析
  • 【问题】你会怎么设计class文件？

本文相关虚拟机的命令

1. 编写Java源码

Java源码

2. 编译指令 javac xxx.java，获得.class文件
3. hexdump -C filename能够查看二进制文件

.class 二进制文件

4. 编译后使用 javap -c 类名, 获得.class文件对应的虚拟机指令 class文件对应的虚拟机指令

class文件对应的虚拟机指令表

这里先让你们大体的看看.class文件和虚拟机指令的样子，不会让你有种“所爱隔山海”的感受。

Class文件产生背景及重要地位

【问题】只有Java语言编译后的class文件才能在 JVM 里面跑吗？

首先抛一个问题，是否是只有Java语言编译后的class文件才能在jvm中运行，也就是说其余的语言是否可使用Java虚拟机做为媒介？ 答案是：不是，能够的；只要符合JVM文件结构的规范，编译后的文件均能运行，好比scala语言.scala结尾文件，能够编译为.class文件，能够在jvm中运行，哈哈哈，这里写的好生硬。

各类语言与JVM的爱恨情仇

如图各类语言与JVM的爱恨情仇，只要你的语言通过本身的编译器，最终能获得一个JVM须要的.class文件，那么你就能够。

class文件的地位

• Source: 源码
• Class: 字节码
• Runtime: 运行时

字节码形态经由Classloader加载变成运行时形态（内存中）。

java 刚刚诞生的口号“一次编写，处处运行",这是知足开发人员对冲破平台限制渴望的实现，这个很快就实现。然而设计者一开始发布规范文档的时候就是刻意把Java规范拆解成了《Java语言规范》和《Java虚拟机规范》，也就是说他们对虚拟机的野心不止于Java语言，他们将来的目标是冲破语言限制，如今也实现了，Scala，jRuby这些语言均可以运行在Java虚拟机上面。随着平台（windows,linux,unix）基本稳定，而语言突飞猛进，往后JAVA“语言无关”的优点可能会超过“平台无关”的优点！

实现语言无关的关键就是虚拟机和字节码存储格式。能够理解成虚拟机给你提供一个接口，你只须要按照他指定的格式传class文件给他，他即可以运行你的代码，因此关键就是这个class文件。虚拟机不关心你的项目使用什么语言进行代码实现，最后你只须要按照他想要的class格式编译成class文件传给他，就能够成功运行在虚拟机上面。我说的够清楚了吧老弟？

Class 类文件结构设计解析

class 文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，中间没有任何分隔符，正是由于没有任何分隔符因此class文件里面的数据项在顺序和数量上面是严格限定的，每一个字节的含义，长度，前后顺序，都不容许改变。具体class文件内容看图。

class文件采用的是一种相似于C语言结构体的伪结构来存储数据，本质就是一张表，如图所示：

.class 二进制文件

class文件对应内容

【问题】你会怎么设计class文件？

首先抛出一个问题，JVM一开始就是服务Java的，拿Java语言来举例子，若是你是设计者，你将你的Java源码编译成class文件，你会怎么设计这个class文件？

思路：转换成容易理解的实现，知道Java的，通常都知道xml文件，一个JavaBean彻底能够转化为用xml这种描述性语言来表示，缘由是xml是指定好了协议，你的Java要变成 xml 就要按照个人协议来办事，用 xml 描述一个学生对象以下：

xml 表示的Java对象

协议的话其实就很能理解，你的class是一个十六进制文件，那么就必须制定本身的协议啊，使得你的十六进制描述的东西能够转化为 JVM 能够理解的虚拟机指令，也就是你的 “xx” 这几个字母是为了告诉虚拟机干啥，“oo”这几个字母是想告诉虚拟机干啥，“xxoo”又是表示啥，这里先看看实际的JVM指令以及和class文件对应关系（如今的 JVM 指令有255个大约）

JVM指令表

转化：有了思路就好办了，转化一下，将 JAVA 源码转化为 CLASS 文件，来看看具体怎么转化：

1. 一个Java类对应一个class文件（有多是多个，若是类里面有内部类），里面有哪些东西？确定不能丢东西嘛，这是最基本的要求，若是人家明明写的是“你绿了我吗”，你给搞成了“你绿了我”，那这心情起伏仍是蛮大的哈。
2. Java类里面的东西你怎么剖析，怎么设计存储？

• 简单解剖一下，class文件多是Java中的class类，也多是接口，一个class所表示的里面还可能不止一个类和接口，得区分一下吧？ 来，敲黑板划重点，大胆设计就是接口类型集合，普通类集合，还不止一个？再加两个字段接口个数，类个数，一切都是这么的完美，往class文件里面找，我去都能找到，OK，我是天才，下一个。
• Java里面有属性，有方法，有常量，有字段，怎么破？ 继续嘛，集合搞起来，个数存起来，最终获得了上面图里面的表结构的class文件。

再来回顾一下class文件内容：

3. Java类里面有什么东西，class文件应该存储些什么东西？

• 两种数据类型：无符号数和表 无符号数属于基本数据类型（Java类中也有基本数据类型），以 u1,u2,u4,u8这种来表明1个字节，2个字节,4个字节，8个字节的无符号数，能够用来描述数字，索引引用，数量值或者字符串值。 表就跟Java类中的对象引用类型同样，对象属性能够是基本数据类型（对应U1,U2无符号数），也能够是其余的对象（对应其余的表）,Java工程项目中参数实体一般以"_Param"结尾（class文件的表都习惯以“_info”结尾）
• 上图中的顺序，就是Class文件严格要求的顺序
• 各个计数器主要是用来描述表里面数据个数，例如方法计数器的值是methods_count,表明方法表method——info里面有“methods_count”个方法
• 整理一下，表结构用C语言表示相似下面的伪代码（忽略idea报错的红线）

class文件代码表示

完结撒花了？这里我是从宏观上讲解了下.class文件，下期进行.class类文件结构详细解析，以及字节码指令的剖析，本篇只是个开胃菜，下一篇内容才是主菜。 另外Java类在JVM里面的生命周期能够看我公众号上一篇内容