这是Java基础篇(JVM)的第一篇文章，本来想先说说Java类加载机制的，后来想想，JVM的作用是加载编译器编译好的字节码，并解释成机器码，那么首先应该了解字节码，然后再谈加载字节码的类加载机制似乎会好些，所以这篇改成详解字节码。

由于Java纯面向对象的特性，字节码只要能表示一个类的信息，就可以表示整个Java程序了，JVM只要能加载一个类的信息，就能加载整个程序了。所以，不管是字节码，还是JVM加载机制，关注点都是在类。我关注的点主要在于：

1. 由于字节码不是一次性全部加载进入内存，那么JVM是如何知道自己要加载的类信息在.class文件的哪个位置的？

2. 字节码是如何表示类信息的？

3. 字节码会进行程序的优化吗？

第一个问题很简单，因为哪怕一个源文件有很多个类(只有一个public类)，编译器也会为其中每个类都生成一个.class文件，JVM加载时按照需要加载的类名称加载即可。

要解决后面的问题，首先我们来看字节码的组成(Mac下用Hex Fiend打开)。

对这样一段代码：

package com.test.main1;

public class ByteCodeTest {

int num1 = 1;

int num2 = 2;

public int getAdd() {

return num1 + num2;

}

}

class Extend extends ByteCodeTest {

public int getSubstract() {

return num1 - num2;

}

}

我们来分析其中的Extend类。

用Hex Fiend打开编译后的.class文件是这样的(16进制代码)：

由于class文件没有分隔符，所以每个位置代表什么、各个部分的长度等格式是严格规定死的，见下表：

其中u1、u2、u4、u8代表几个字节的无符号数，在反编译出来的16进制文件中，两个数字代表一个字节，也就是u1。

从头到尾一项一项地看：

(1)magic：u4，魔数，代表本文件是.class文件。.jpg等也会有这种魔数，正因为魔数存在，即使将*.jpg改成*.123，也能照常打开。

(2)minor version、major version：各u2，版本号，向下兼容，即高版本JDK可以使用低版本的.class文件，反之不行。

(3)constant_pool_count：u2，常量池中常量的数量，0019代表有24个。

(4)接下来就是具体的常量，共constant_pool_count-1个。

常量池通常存两种类型的数据：

字面量：如字符串、final修饰的常量等；

符号引用：如类/接口的全限定名、方法的名称和描述、字段的名称和描述等。

根据反编译出来的数字，首先查下表得到该常量的类型和长度，接下来的与查得的长度相等的数字则表示该常量具体的值。

如070002，就表示该种类型为CONSTANT_Class_info，它的tag为u1，且接下来u2长度为index指向全限定名常量项的索引。这个索引还要结合javap -verbose打开的class文件一起看，这里清晰地列出了常量池中的内容和顺序：

在这里可以看到0002索引项的常量为：com/test/main1/Extend，是类的全限定名。如果是值是字符串，那么需要根据该值转换成十进制并查ASCII码表得到具体的字符。接下来的常量都照此分析：

01001563 6F6D2F74 6573742F 6D61696E 312F4578 74656E64：com/test/main1/Extend

070004：com/test/main1/ByteCodeTest

01001B63 6F6D2F74 6573742F 6D61696E 312F4279 7465436F 64655465 7374：com/test/main1/ByteCodeTest

0100063C 696E6974 3E：

01000328 2956：()V

01000443 6F6465：Code

0A000300 09：com/test/main1/ByteCodeTest、"":()V

0C000500 06：、()V

01000F4C 696E654E 756D6265 72546162 6C65：LineNumberTable

0100124C 6F63616C 56617269 61626C65 5461626C 65：LocalVariableTable

01000474 686973：this

0100174C 636F6D2F 74657374 2F6D6169 6E312F45 7874656E 643B：Lcom/test/main1/Extend;

01000C67 65745375 62737472 616374：getSubstract

01000328 2949：()I

09000100 11：com/test/main1/Extend、num1:I

0C001200 13：num1、I

0100046E 756D31：num1

01000149：I

09000100 15：com/test/main1/Extend、num2:I

0C001600 13：num2、I

0100046E 756D32：num2

01000A53 6F757263 6546696C 65：SourceFile

01001142 79746543 6F646554 6573742E 6A617661：ByteCodeTest.java

至此，常量池中的常量全部解析完毕。

(5)再接下来是u2的access_flags：access_flags访问标志的主要目的是标记该类是类还是接口，如果是类，访问权限是否为public，是否是abstract，是否被标志为final等，见下表：

Flag_name

Value

Interpretation

ACC_PUBLIC

0x0001

表示访问权限为public，可以从本包外访问

ACC_FINAL

0x0010

表示由final修饰，不允许有子类

ACC_SUPER

0x0020

较为特殊，表示动态绑定直接父类，见下面的解释

ACC_INTERFACE

0x0200

表示接口，非类

ACC_ABSTRACT

0x0400

表示抽象类，不能实例化

ACC_SYNTHETIC

0x1000

表示由synthetic修饰，不在源代码中出现，见附录[2]

ACC_ANNOTATION

0x2000

表示是annotation类型

ACC_ENUM

0x4000

表示是枚举类型

所以，本类中的access_flags是0020，表示这个Extend类调用父类的方法时，并非是编译时绑定，而是在运行时搜索类层次，找到最近的父类进行调用。这样可以保证调用的结果是一定是调用最近的父类，而不是编译时绑定的父类，保证结果的正确性。这个可以参见文章[1]。

(6)this_class：u2的类索引，用于确定类的全限定名。本类的this_class是0001，表示在常量池中#1索引，是com/test/main1/Extend

(7)super_class：u2的父类索引，用于确定直接父类的全限定名。本类是0003，#3是com/test/main1/ByteCodeTest

(8)interfaces_count：u2，表示当前类实现的接口数量，注意是直接实现的接口数量。本类中是0000，表示没有实现接口。

(9)Interfaces：表示接口的全限定名索引。每个接口u2，共interfaces_count个。本类为空。

(10)fields_count：u2，表示类变量和实例变量总的个数。本类中是0000，无。

(11)fields：fileds的长度为filed_info，filed_info是一个复合结构，组成如下：

filed_info: {

u2　　　　　　　　access_flags;

u2　　　　　　　　name_index;

u2　　　　　　　　descriptor_index;

u2　　　　　　　　attributes_count;

attribute_info　　　attributes[attributes_count];

}

由于本类无类变量和实例变量，故本字段为空。

(12)methods_count：u2，表示方法个数。本类中是0002，表示有2个。

(13)methods：methods的长度为一个method_info结构：

method_info {

u2　　　　　　　　access_flags;　　　　　　　　　　0000　　　　？

u2　　　　　　　　name_index;　　　　　　　　　　 0005　　　

u2　　　　　　　　descriptor_index;　　　　　　　　 0006　　　　()V

u2　　　　　　　　attributes_count;　　　　　　　　 0001　　　　1个

attribute_info　　　attributes[attributes_count];　　　0007　　　　Code

}

其中attribute_info结构如下：

attribute_info {

u2　　attribute_name_index;　　0007　　Code

u1　　attribute_length;

u1　　info[attribute_length];

}

上面

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