类文件也就是class文件，是java文件编译后的结果，每个类、接口对应一个class文件。但其实除了java，JVM还支持多种语言，虚拟机只和class文件绑定。不同语言通过各自编译器编译为类文件，交给虚拟机执行；java有javac编译器，groovy有groovyc编译器。class文件中为字节码，字节码的语义表述能力大于java，这也是其他语言有别于java的基础。

虚拟机的平台无关性：平台指硬件平台，虚拟机实现语言与平台的隔离，语言无需考虑平台，只需编译生成虚拟机可读的类文件；然后虚拟机负责把类文件的字节码转化为平台可执行的二进制。因此java的编译结果是类文件中的字节码；c/c++编译结果是二进制，与硬件平台（intel x86指令集）/操作系统强相关。

类文件的结构

java代码 -- javac编译器 -- 类文件 -- jvm执行引擎。

类文件是以字节为单位的二进制流，又成为字节码，按高位在前的顺序排列，无分隔符。两种数据类型：无符号数和表；用u1/u2/u4/u8表示n个字节的无符号数；表%s_info表示复合数据结构；计数器%s_count + 若干数据项表示数据集合。类文件字节码分析工具：Oracle的javap

1. 类文件构成

1）magic(u4)：类文件的头四个字节称为magic number，用于确定该类文件是否能被虚拟机接受，值固定为‘0xCAFEBABE’

2）minor/major version(u2)：类文件的主/次版本号，如45.3表示主/次版本号分别是45/3。虚拟机向下兼容，拒绝执行超过其版本号的类文件。50/51/52是javac内部版本，对应java6/7/8等。报错：Unsupported major.minor version 50.0。

3）constant pool（cp_info列表）常量池/常量列表，包含计数器和具体常量列表。

计数器：从1开始，22代表有21个常量，index是1～21；0表示不引用任何常量池项目。

用于存放：1. 字面量literal(类似java的final常量)；2. 符号引用(编译原理)类/接口的全限定名，字段/方法的名称/描述符；3. 字段/方法/属性表中会引用到的长度不固定的内容。类文件只包含符号引用，不含直接引用(内存地址)，虚拟机在类加载的解析阶段把符号引用并映射到内存地址。

常量池支持14种常量表结构，开头的1字节标识位指示所属类型。Utf8_info, Integer_info, Float_info, Long_info, Double_info, String_info；class_info, Fieldref_info, Methodref_info, InterfaceMethodref_info, NameAndType_info, MethodHandle_info, MethodType_info, InvokeDynamic_info。其中utf8_info用于表示类/方法/字段名称。

4）access flags(u2)：用于标志类是接口/类/注解/枚举，是否是public/abstract/final。

5）类/父类/接口索引：确定类的继承关系。类索引(u2)：类的全限定名-->常量池中的CONSTANT_Class_info-->CONSTANT_Utf8_info中的全限定名；父类索引(u2)：父类的全限定名；接口索引列表(u2)：实现了哪些接口

6）字段列表(field_info)：存储类变量与实例变量，不包含父类字段。字段信息包括：作用域（public/protected/private）static/final/volatile/transient，字段数据类型，字段名称。各个修饰符用布尔值表示，字段数据类型和字段名用常量池中的常量描述。对象数据类型用L加全限定名表示。数组每一维度用[描述，比如String数组：[Ljava/lang/String;

7）方法列表(method_info)：方法数据包含访问标记(boolean表示)；方法名，参数/返回值数据类型(常量池表示)；属性表集合，如方法体编译后的字节码放在属性表‘Code’。把java类分为代码和元数据，class文件中只有code属性描述代码，其他都是元数据描述。

8）属性列表(attribute_info)：具有可扩展性，虚拟机规范预定义了以下属性：1.Code存储方法的代码实现字节码，是最重要的属性；2. exceptions：方法签名上的异常；3. lineNumberTable：java源码行号与字节码行号对应关系，用于异常堆栈打印行号/程序断点调试。属性名称引用在常量池。

2. 字节码指令简介

字节码指令：每个指令是u1的单字节操作码，虚拟机读到字节码时，查看虚拟机字节码指令表，找到其对应指令/指令是否需要参数(操作数)/参数如何解析。单字节可以表示256条指令，目前已经定义200条。

类文件格式没有采用编译后代码的操作数长度对齐，好处是省略填充和间隔符号；坏处是虚拟机处理16位长度的数据时，需要从字节重建数据结构。

常见指令：1. 加载和存储指令，用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间传递：load/store；2. 运算指令：add/inc/sub等；3. 类型转换指令：java虚拟机自动支持宽化类型转换；4. 对象创建与访问指令：new，get；5. 操作数栈的管理指令：pop，dup，swap；6. 控制转移指令：条件，goto；7. 方法调用与返回：invoke，invokedynamic，return

3. 共有设计与私有实现

概念模型与实际执行过程外部看起来等效，内部实现可以不同。