class文件详解(全过程举例加图解)

目录：
java虚拟机汇总

class文件结构分析 <<== 现在位置
1).class文件常量池中的常量项结构
2). 常用的属性表的集合
类加载过程
1).类加载器的原理以及实现
虚拟机结构分析
1).jdk1.7和1.8版本的方法区构造变化
2).常量池简单区分
对象结构分析
1).压缩指针详解
gc垃圾回收
对象的定位方式

内容
jvm运行时都是运行.java编译好的.class文件
这里先了解下class文件长什么样以便后续的理解

本文外引的链接为（class文件常量项结构）
（常用的属性表种类集合）

下面开始，文章篇幅较长，而且比较干，萌新必须静下心来看，大佬随意(doge)

例如：创建一个类文件

class Test{int a;public static void main(String []args){}
}

编译后的class文件如图所示

在这里我们把一个字节的大小用u1表示, 则占用u4就是占用4个字节,对应上图4个红圈
整个class文件的结构如下图所示,(再此感谢此图的制作者) 建议将此图保存到一旁以便查看

下面开始讲解各部分的内容

魔数

占用4个字节，则下图画红圈部分表示为魔数

截取下来表示为cafeBabe 翻译为咖啡宝贝(可以看出取名挺幽默)

魔数(Magic Number),它的唯一作用是确定这个文件是否是能被虚拟机接受的Class文件。使用魔数而不是扩展名来进行识别主要是基于安全方面的考虑,因为文件扩展名可以随意地改动，说白了就是，不是以这个开头的文件不处理

次版本号和主版本号

每个版本号占用u2，即两个字节，则下图画红圈部分分别表示次版本号和主版本号

截取下来为主：52，次：0，即52.0版本对应Java的jdk1.8
JavaSE 8 = 52 (0x34 hex),
JavaSE 7 = 51 (0x33 hex),
JavaSE 6 = 50 (0x32 hex),
一句话来说次版本号和主版本号就是给jvm明确此类编译的jdk版本，以便判断是否支持某些操作

常量池个数

截取下来表示为常量池有17个数据项，但实际后面只有16个数据项
(设置成1–16 16个的话，如果某些引用需要指向空则就直接指向0，表示空,到后面讲属性和方法的时候会遇到)，
此后会跟上[0]–[15]个数据项,总共16个以数组形式表示
注:此时xx_index指向3，则表示寻找第3个数据项[2]

,每一个数据项都将被表示成表，那紧接着下面的16个常量就是这个常量池中所有的内容了，下面讲解每个常量项的结构

常量项(数据项)

在这里为什么我会知道下一项的长度呢，其实每一个常量项都是有结构的，先不要着急，往后看

每个常量项的第一个字节对应上图中的tag标志找到对应的结构 (在此分析前四项作为举例)
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比如画红圈的第一项，开头是0A则为10，查找上表

下面代码是CONSTANT_Methodref 的结构占用五个字节（读注释!）
（在此标注了所有的常量项结构）
此Methodref显然想要表示的是一个方法

CONSTANT_Methodref_info {u1 tag;   //Methodref固定是10，也是这个类型的常量项的唯一标志u2 class_index;   //此时是00 03  即3 表示引用常量池中第3个常量项 u2 name_and_type_index;   //此时是00 0E  即14 表示引用常量池中第14个常量项
}

注意：此时我们在分析的是第一个常量项
在这里直接指出
------第14个常量项表示的是一个0C标识符的nameAndType 它又指向了第6，7 个常量项和 ()V
------第3个常量项表示的是一个标志07的类名，它又指向了一个以01标识的utf8字符串 java.lang.Object
总之 0A 00 03 00 0E 表示了一个方法名称，构造方法(隐式声明了) java.lang.Object 包里的 void()初始化方法
以后不再赘述分析
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同理分析出第二项

tag为7，查找对应表

下面代码是CONSTANT_Class的结构占用三个字节

CONSTANT_Class_info {u1 tag;         // 同理，此类型的就固定为7u2 name_index;    // 索引值，在此可以发现所有以**_index结尾的都是指向第n个常量项，此时n是00 0F
}

这里指出第0F ，第15个常量项是 Test字符串其实这个Class就表示了一个类的名称
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同理三

tag是7，则结构和第二项一样，不做赘述
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第四项

发现tag是1，此类型就是utf-8字符串类型

CONSTANT_Utf8_info {u1 tag;              // 1u2 length;          // length表示接下来 字符串 有多少个字节,此时是00 01,下面有1个字节长度字符u1 bytes[length]; // 字符串字节数组 上面length如果是8则这一项就是8字节的字符数组 此时是1个长度 61 用utf-8解码是 a// 61表示为a即对应我们int a;的变量名字
}

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分析到此结束
此图为全部的16个常量项，
一句话：这部分就是常量池，装载了全部类的字段，方法，类名称的信息；

访问标志(access_flags)

来到这里不妨回头看看主图，我们现在分析到了访问标志，不要忘记回头看此图

访问标识来表明这个class有什么修饰符只有两个字节
以下为访问标识符，
举例: 原来是00 20(看下表中ACC_SUPER描述，最低限度必须有此标志)
如果：类是public类型-的，则第一个ACC_PUBLIC为true 则加上00 01 ，结果为00 21
如果：类还是 final类型-的，则第二个为true，再加上00 10 ，结果为00 31
如果此时不是其他的任何选项(不是接口则第4个02 00不用加，不是abstract类型则第5个不用加
。。。) 那么该标识符就是 00 31

来看我们的class文件

00 20
表示其他的标识符都没有
我们做如下改动
将类改为public，重新编译，再看class

00 21 = 00 20 + 00 01 ( 加了public)
表示为public 的类
设置的数值刚好不会出现相加和其他状态相等的情况，很巧妙
一句话访问标识就是只用两个字节表示了这个类的修饰符有哪些

类、父类(This class,Super class)

（看主图）不要忘记我们进度到哪了
这个很简单，记得我们在常量池时会有 xx_index 引用引向常量池中的第n个常量项吗，

下面看看我们class文件中的This class,Super class是哪几个

这两个标识符也都是一个两字节的引用，我们class文件中，分别引向常量池中00 02的第二个常量项和00 03 第三个常量项，这里就不带大家去找第二，三个常量项了

接口个数

。。。。就表示该类文件实现了接口的数量；没有就是00 00 ，有一个就是 00 01没啥好讲的

在这里对我们的class文件作出修改

使其实现一个接口，则看下图，变为了00 01

接口1，接口2.。。。

这个就没得说了，前面接口数量是几，后边这个两字节的接口的长度就为几，这两个字节也是指向常量池的索引

因为前面长度是1，所以接下来的一个字节的长度是索引，00 04 ，指向常量池第4个常量项

字段个数，字段1，字段2。。。。

进行到这里我们就只差三个了：字段方法和属性加油

和上面的一样，字段个数表示我们有几个字段，此时为00 01，1个因为我们只定义了一个变量 int a;

以后跟着n(此时是1)个字段，当然这个字段没有固定字节数，因为和常量项类别一样，有很多种类型，所以长度也不确定，接下来我们看下通用结构

field_info {u2             access_flags;     // 字段访问标志u2             name_index;     // 字段名称u2             descriptor_index; // 字段类型u2             attributes_count; // 属性数量attribute_info attributes[attributes_count];  // 属性项
}

在这里因为我们第四个 attributes_count 为0 ，所以总长度(算字段个数)为10字节
下图所示

分析第一个 access_flags
----其实跟之前我们讲访问标识的时候一样，不一样的是这次的访问标志修饰符是修饰字段的
所以在标志名称上有些不同

这里加一张图用另一种方式表示我们的修饰符(在此感谢此图的制作者)

我们的访问标识符为00 00 表示什么修饰也没有毕竟我们只定义了一个 int a;

分析第二个 name_index(此字段的字段名称)
CONSTANT_Utf8类型常量项的索引，里面存储了字段描述符
这个没啥说的就一个两字节的，指向字符串常量池的索引

此时我们是00 05，表示引用常量池中的第5个常量项
在这里直接指出是一个CONSTANT_Utf8类型常量项其值为 a ，表示我们字段的名字是a
分析第三个 descriptor_index(含义字段类型)
CONSTANT_Utf8类型常量项的索引，里面存储了字段描述符
和上面一样，一个两字节的，指向字符串常量池的索引

此时我们是00 06，表示引用常量池中的第6个常量项
但是这个我们要说一下
通过这个索引查找到第6常量项，如下图，类型为1，则为字符串类型的长度为1 则下面49为字符串的值，对应右边翻译表的：大写 I，I 有什么意义呢

上表表示的就是类型了，可以看到我们大写I表示了一个int类型的含义，descriptor_index含义为这个字段的字段类型，则表示此字段为int类型 int a

分析第四个 attributes_count
表示这个字段所拥有的attribute类型的个数，如果是00 01 就表示一个
分析第五个 attributes[attributes_count]
就是一个长度为 attributes_count，类型是：属性类型的数组
这个类型我们暂时不分析，到后面讲到属性时一起讲

一句话总结
就是一个装有我们定义的所有属性的数组，长度为字段个数，里面的每一个表信息都表示一个字段

方法个数，方法1，方法2。。。。

这个就不说了因为结构和字段一摸一样，减轻大家的负担

上图为方法数量，3个方法
下面为方法表的结构

method_info {  u2 access_flags; //访问修饰符。。参照下图u2 name_index;  // 一样。。。。u2 descriptor_index; //一样。。。u2 attributes_count; //一样。。。attribute_info attributes[attributes_count];
}

access_flags的修饰类型

则方法个数，方法1，方法2。。。。对应我们class文件中的哪些呢

这些在属性中会讲

一句话总结
就是一个装有我们定义的所有方法的数组，长度为方法个数，里面的每一个表信息都表示一个方法

属性个数，属性1，属性2。。。。

这是最后一个了，但是最难的才开始(属性要讲很多，，一次理解不了的可以收藏过后再看)
上面所说的字段和方法的最后都有一项：属性项数组，里面装的就是这个类型了
其实class文件还有一个属性表，就是上面那张图没有覆盖掉的最后一部分
官方的话：
在Class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合，用于描述某些场景的专有信息。属性表中不要求各个属性表具有严格的顺序，只要不与已有属性重名即可。下表列举了一些java虚拟机预定的属性。
不去管他什么意思，就只了解字段，方法中都有属性数组就可以了，下面我们来分析方法中的属性表(因为我们字段表的属性表长度为0,所以分析方法表)

还是上面这张图，我们来一个一个分析

上面的图高亮部分为方法长度 ，表示有多少个方法表如图是三个
第一个

上图高亮是第一个方法表的前三个字段

access_flag为00 01
name_in…等,（将方法时说过了不说了）
则第四个属性 attributes_count为

一个长度
接下来的就是一个属性表数组了，里面只有一个属性表

上图是整个这个属性表的内容，直接看前两个字节 00 09，这是一个引用，引用常量池里的，utf-8类型常量项
00 09 第9个常量项我们看下

这是第9个常量项，其值是Code表示这个属性表是一个Code类型的属性表
然后下图看00 09 后面的四个字节，他表示整个这个属性表还有多少字节 00 00 00 1D，29个长度

向后延申29个字节(记住这个29是Code类型的属性表里边的内容，不算前6个字节)，如下图，属性数组结束，第一个方法也随之结束，上面的00 09 和 00 00 00 1d，是所有的属性表的共有属性，一个是该属性表的类型，一个是该属性表的属性值长度(属性值长度=属性表长度-6)，6就是我们前面的00 09 和 00 00 00 1d，6个字节

如上图属性表的
前两个个字节为一个指向常量池里的一个utf8类型的字符串，表示此属性的类别，
中间4个字节为整个属性表的接下来的长度
然后后面跟着的就是attribute_length个字节了，

我们这里类型是Code那么Code属性表里都是什么呢

可以看到我们Code表前两个字段是我们上面分析过的，所有属性表都有的，这里跳过这两个，下面看内容，也就是29个字节里分别是什么

29个字节中的前两个字节，也就是对应

max_stack 代表了操作数栈（Operand Stacks）深度的最大值。在方法执行的任意时刻，操作数栈都不会超过这个最大值。虚拟机运行的时候需要根据这个值来分配栈帧（Stack Frame）中的操作栈深度
根据我们总体学习框架，我们还没了解到栈，跳过

接下来所有的字节请对照Code属性表一个字节一个字节自行分析（不难），总之全部过后

第一个方法结束，我们就进行到这了，下一步我们分析第二个方法，再带大家走一遍

这6个字节是第二个方法的前面的一些属性
，不做分析接下来的00 01是属性表长度，
再接下来的00 09是第一个属性表的名称类别，去常量池里找，发现还是Code属性表，
再接下来四个字节00 00 00 19 是属性表接下来的长度，25个字节。。。。。。不分析了总之第二个方法(含属性表)如下图

第三个方法

最后我们分析到了class文件的属性表

前两个字节的信息表示class有多少属性表 00 01 ，1个然后跟着一个属性表
最后带大家分析一边属性表了
00 0E表示属性表种类，查找字符常量池的第14个

可以看我们右边的翻译，为sourceFile类型的，上次和上上次分析的是Code表，那么这个类型的属性表结构是什么？如下图

SourceFile属性用于记录生成这个Class文件的源码名称。
在接下来的四个字节为长度00 00 00 02，接下来还有两个字节
sourceFile_index,以_index结尾的不用说，指向常量池的索引，我们看下第00 0F个常量项

是Testt.java（这是我写的另一个java文件编译的，就换了名字）

可见只是记录了我们原java文件名称

到此我们的属性分析就。。。还没结束，我们全部类型的属性表很多，包括Code表里面的Code属性(方法内容)，因为此篇太长了所以转到（常用的属性表种类集合）
为大家讲解

此篇分析class文件源码结束，这只是jvm的开始，希望大家自己再走一遍流程，熟悉下操作

还有此篇的转发无需请求我的同意，本人默认同意转发哈