通俗易懂讲解Java虚拟机的Class文件

Posted 2022-08-19 庆哥Java

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了通俗易懂讲解Java虚拟机的Class文件相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

今天聊聊Class文件，也就是字节码文件的一些知识，保准新手小白也能看懂，只要不走神……

什么是Class文件

首先大家要搞清楚，什么是Class文件，我们看一个代码，比如这里有一个Java源文件，内容是：

public class TestDemo 
    public static void main(String[] args) 
        System.out.println("hello");

这没什么问题吧？此时这个文件存放在我的桌面：

此时我们打开命令行工具，输入以下指令：

此时就会在我们的桌面生成一个新的文件：

这就是Class文件！同时我们一般把它叫做字节码文件，这才是真正实现跨平台的东西，到了这里你就需要明白，Class文件和字节码文件是一回事！

那什么是字节码文件：

所谓的字节码文件就是Java源代码经过编译器（javac）编译之后生成的新的文件，也就是一个后缀为.class的文件，此文件是一种二进制的类文件，它的内容是JVM指令，此文件就是字节码文件！

ok，以上就是对字节码文件的解读！

那到了这里，肯定就会有人比较好奇，这个字节码文件里面是什么内容啊，我们可以使用文本工具将其打开看一下：

一般，我们用常规的文本编辑工具直接打开，它是无法识别的，比如这里我们就要打开它：

然后你看的就是这些，啥也不是，完全看不懂，一堆乱码，怎么办？（虽然我们看不懂，但是JVM看得懂）

一般来说我们会将其以十六进制的形式打开，如下：

看到的就是这样的，其实你还是会觉得看不懂，没关系，我们后面就会着重去分析这些都是什么意思，也就是搞清楚这个字节码文件到底是个啥？

怎么去查看Class文件

我们上面对Class文件也即字节码文件有了基本的认识，那么现在**我们怎么去查看这个Class文件呢？**上面我们说了，Class文件如果我们用一般的文本编辑器去打开的话，是乱码，什么也看不懂，通常情况下，我们以十六进制的形式展现：

也就是上述这个样子，也即是说，对于Class文件，我们直接打开显示的是这样子的：

看不懂啊，就好比你不会英语，给你一段英语，你看不懂啊，怎么办？翻译啊，可以将其翻译成中文你不就看懂了嘛，同样的，对于原始的Class文件，我们直接打开是看不懂的，怎么办？也是翻译啊，翻译成啥？通常翻译成十六进制的形式，也即是这样：

这样看就友好多了，当然，它是无法直接翻译成中文的，只能翻译到这了，那接下来我们就需要去解读这些十六机制代码都是什么含义，也就是去解读这个Class文件内容，这是我们的重点！

那这里先给大家介绍下，如何去查看这个Class文件，我用的工具叫做**“010 Editor”（只要是十六进制文本编辑器都可）**，觉得还是很强大，很方便的，直接打开Class文件，这里可以进行转换：

而且在这里可以进行更多格式的切换：

比如我们将其以二进制形式展现：

可以看到，二进制直接展现看着也是比较懵的，还是十六进制的形式比较友好，所以这个工具推荐给大家，已给大家准备好安装包，除此之外大家还可以使用比较常见的编辑工具比如notpad++或者是sublime等，这些工具都可以以十六进制形式展示文件内容！

OK，我们看到的这些十六进制形式的内容可以说是Class文件的原版本，还有一些工具可以直接将Class文件进行解读以后将内容展现给我们，比如有这么一款工具（学习JVM必备：https://github.com/ingokegel/jclasslib）。叫做**“JClasslib”，这就是一个专门的字节码查看器**，我们用它打开Class文件：

这里展示的信息就是对Class文件进行解读之后的，更加方便我们去看，去分析，这款工具有Windows客户端，同时我们可以在IDEA中安装这款工具插件：

安装完这个插件之后，我们将代码进行编译之后，就可以点击View：

打开该工具就会在右边显示该Class文件内容解读：

ok，目前就给大家介绍这些方式，后面我们会用到这些去给大家分析Class文件的内容！

这里再给大家强调一下，可以这么说，原汁原味的Class文件也即是字节码文件是这样子的：

我们要分析的也是这个！OK！

分析十六进制文件

接下来我们就来分析一下这个全是数字和字母的十六进制文件，这个就是Class文件了，也叫作字节码文件，我们看看这些东西该怎么解读！

首先清楚，这个字节码文件中大致包含如下几部分：

魔数
Class文件版本
常量池
访问标志
索引集合
字段表集合
方法表集合
属性表集合

接着我们以常量池为例来分析一个案例，让你理解这个字节码文件的分析是怎样的~

首先要知道，常量池也是存储数据的一个结构，它的结构如下：


  u2         constant_pool_count;
  cp_info    constant_pool[constant_pool_count - 1]

这个u2就是Class文件中的一个数据类型，代表2字节大小，所以常量池就包含了两部分：

常量池的大小，也就是常量池计数器（常量池包含常量池计数器），比如为5，真正的常量池索引为1-4，因为0索引被保留了
常量池项集合，就是具体的常量池中的各个内容了，也就是字面量和符号引用这些

而对于不同的字面量和符号引用，都还有各自的一个类型，比如同为字面量的整数6和字符串6，但是前者类型是int后者类型是String，所以不同的数据有不同的类型，别看常量池主要保存的就是字面量和符号引用，但是拆开仔细一看，这两者包含的数据一共有17种类型（截止jdk13），如下：

我们以CONSTANT_Integer_info为例，它就代表我们常见的int类型，每一个常量项同时也是有两部分组成，通用表示如下：

cp_info
  u1 tag; //表示类型
  u1 info[]; //表示内容的字节数组

比如这个常量项“CONSTANT_Integer_info”，我们常见的int类型就属于这个常量项，看它的组成就是：

CONSTANT_Integer_info
  u1 tag;
  u4 bytes[];

这是怎么回事呢？比如我们这里写的Java代码（源java文件）：

public class TestDemo 
    public final int a = 6;
    public static void main(String[] args) 
        System.out.println("hello");

这里我们定义了一个final整型常量a，值为“6”，那这里的这个“6”就是一个字面量，是要放在常量池中的，对应的常量池结构就是CONSTANT_Integer_info，而CONSTANT_Integer_info包含两个部分，首先是占1字节的tag就是一个u1大小的类型，这个数值固定是3，然后就是占4个字节的具体存储字面量数值的字节数组info了！

我们目前查看Class文件是以16进制查看的，那么这里的字面量“6”是十进制，需要将其转换成十六进制放进常量池，十六进制为“0x06”：