[TOC]
Java Class 文件内容解析
参考文献: 1. JVM系列文章(三):Class文件内容解析, yxwkaifa
一个Java类文件是一个（使用 .class 文件扩展名）Java字节码文件，可以在Java虚拟机（JVM）上执行。Java类文件是由 Java 编译器从包含 Java 类的 Java 编程语言源文件（.java文件）生成的。如果一个源文件有多个类，每个类都被编译成一个单独的类文件。
JVM可用于多种平台，并且在一个平台上编译的类文件将在另一个平台的JVM上执行。这使得Java应用程序与平台无关。摘自 Wikipedia
因此，无论何种语言，编译成 JVM 识别的 class 文件即可执行。class 文件以另一种方式重新描述了我们在源文件中要表达的意思，相当于一个接口，学习 class 文件对深入理解 Java 语言和 JVM 有很大帮助。
格式概述
Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流。各个数据项严格按顺序排列，不论什么分隔符。
Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据。这样的伪结构仅仅有两种数据类型：无符号数和表。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
`无符号数`：是基本数据类型。以u1、u2、u4、u8分别代表1个字节、2个字节、4个字节、8个字节的无符号数，能够用来描写叙述数字、索引引用、数量值或者依照UTF-8编码构成的字符串值。
`表`：由多个无符号数或者其它表作为数据项构成的复合数据类型。全部表都习惯性地以 `_info` 结尾。整个Class文件本质上就是一张表，例如以下所看到的：
|类型 |名称 |数量
|:---:|:---:|:---:|
|u4 |magic |1
|u2 |minor_version |1
|u2 |major_version |1
|u2 |constant_pool_count |1
|cp_info |constant_pool |constant_pool_count-1
|u2 |access_flags |1
|u2 |this_class |1
|u2 |super_class |1
|u2 |interfaces_count |1
|u2 |interfaces |interfaces_count
|u2 |fields_count |1
|field_info |fields |fields_count
|u2 |methods_count |1
|method_info |methods |methods_count
|u2 |attributes_count |1
|attribute_info |attributes |attributes_count
class 文件编译
以 ClassTest project 为例。
Eclipse
测试环境：
Eclipse Java EE IDE for Web Developers, Oxygen Release (4.7.0), 20170620-1800
JRE: 1.8.0_112-release-736-b21 amd64
初识项目结构
项目目录结构如下
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ClassTest
├─.settings
├─bin
│ └─xyz
│ └─jiangjiangy
│ └─test
└─src
└─xyz
└─jiangjiang
└─test
由 ClassTest/.classpath 文件中属性指定 path。如 classpathentry.output = bin 属性指定输出文件夹为 bin，如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<classpath>
<!-- 指定编译 JDK 版本 -->
<classpathentry kind="con" path="org.eclipse.jdt.launching.JRE_CONTAINER/org.eclipse.jdt.internal.debug.ui.launcher.StandardVMType/JavaSE-1.8"/>
<!-- 指定 src 目录 -->
<classpathentry kind="src" path="src"/>
<!-- 指定 output 目录 -->
<classpathentry kind="output" path="bin"/>
</classpath>
编写 java 源文件
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
package xyz.jiangjiangy.test;
/**
* @Author jiangydev.
* @Discription
* @Time Created in 15:55 2017/12/26.
* @Modified By
*/
public class Test {
private int m;
public int getM(){
return m + 1;
}
}
幸运的是，Eclipse 默认自动编译，在菜单栏有 project -> bulid automatically 选项，如果勾选，则帮我们自动编译写好的 java 源文件为 class 文件，class 文件的输出目录为 ClassTest/bin/xyz/jiangjiangy/test。你将会看到一个名为 Test.class 的文件。
IntelliJ IDEA
测试环境：
IntelliJ IDEA 2017.1.3, Build #IU-171.4424.56, For educational use only.
JRE: 1.8.0_112-release-736-b21 amd64
初识项目结构
项目目录结构如下
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
├─.idea
│ ├─dictionaries
│ └─inspectionProfiles
├─out # 该目录当有 java 文件编译后才会生成。
│ └─production
│ └─ClassTest
│ └─xyz
│ └─jiangjiangy
│ └─test
└─src
└─xyz
└─jiangjiangy
└─test
由 ClassTest/.idea/workspace.xml 文件中属性指定 path，这个值具体由 IDEA 决定，修改文件后不生效。
编写 java 源文件
Test.java 内容与 Eclipse 中的 Test.java 一致.
与 Eclipse 不同，IntelliJ IDEA 并不会默认开启自动编译，如果要开启，可以按照以下步骤：Settings -> Build, Execution, Deployment -> Compiler -> Build project automatically。这里为了测试，暂时勾选这一选项。
class 文件输出目录
class 文件输出配置由编译工具决定，这说明可以自定义输出目录，而且可能同一款 IDE 的不同版本，其值也会不同。对于一般 project，默认情况下，Eclipse 输出在 $WORKSPACE_DIR$/$PROJECT_DIR$/bin，IDEA 输出在 $WORKSPACE_DIR$/$PROJECT_DIR$/out/production/$PROJECT_DIR$。
另外，若项目由 Maven 管理，输出在 $WORKSPACE_DIR$/$PROJECT_DIR$/target/classes。若为 Maven + web-app，输出在 $WORKSPACE_DIR$/$PROJECT_DIR$/target/$PROJECT_DIR$/WEB-INF/classes。
注意
在以后的开发中，可能会使用 Maven 管理项目，如果部署项目出现找不到文件的错误，这时最好先检查对应的部署目录下是否包含了这些文件，具体的情况需要具体分析，这里不涉及排错的解析。
class 文件详解
magic(魔数)
每一个 class 文件的头4个字节称为 magic，它唯一的作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的 Class 文件。
非常多文件存储标准中都使用魔数来进行身份识别，如图片格式gif、jpeg等。使用魔数而不是拓展名来进行识别主要是基于安全方面的考虑，因为文件拓展格式能够任意修改。
Class 文件的魔数为：0xCAFEBABE（咖啡宝贝？）
版本
第5，6个字节是次版本（Minor Version），第7，8个字节是主版本（Major Version）。
高版本号的 JDK 能够向下兼容曾经版本号的 Class 文件，可是无法执行以后版本号的 Class 文件，即使文件格式并未发生变化，虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件。
