Java虚拟机类文件结构

Java虚拟机类文件结构

一、无关性的基石

java通过java虚拟机实现一次编写，到处运行
java 虚拟机不和包括java在内的任何语言绑定，它只与“class 文件”这种特定的二进制文件格式关联，class文件包含了Java虚拟机指令集
和符号表以及其他辅助信息。

二、Class类文件的结构

1、Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑的排列在Class文件中，中间没有任何分隔符；
当遇到占用8位字节以上的空间数据项时，会按照高位在前（大端）的方式分割成若干个8位字节进行存储。
Class文件存储数据类型：无符号数和表
无符号数：基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8代表1个字节，2个字节，4个字节，8个字节的无符号数；无符号数可以用来描述数字、索引引用、
数量值、活字符串值。

表：由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，习惯以_info结尾。

Class文件格式

类型	名称	数量
u4	magic（魔数：Class文件是否能被虚拟机接受）	1
u2	minor_version（次版本号）	1
u2	major_version（主版本号:jdk 1.7 51.0;1.6 50）	1
u2	constant_pool_count（常量池容量）	1
cp_info	constant_pool(常量池:存放字面量(文本字符串等)、符号引用：类、接口全限定名，字段、方法名称和描述符)	constant_pool_count-1
u2	access_flag（访问标志:类还是接口；是否为public、abstract、final等）	1
u2	this_class（类索引：确定该类全限定名）	1
u2	super_class（父类索引：确定父类全限定名）	1
u2	interfaces_count（接口索引集合容量）	1
u2	interfaces（接口索引集合：描述该类实现了哪些接口）	interfaces_count
u2	fields_count（字段表集合容量）	1
field_info	fields（字段表集合：描述变量，不包含局部变量）	fields_count
u2	methods_count（方法集合容量）	1
method_info	methods（方法集合：描述方法）	methods_count
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes（属性表集合：描述某些场景专有信息,例如code属性存放方法中的java字节码指令）	attributes_count

方法里的Java代码，经过编译器编译成字节码指令后，存放在属性表集合中的Code属性里。

Code属性是Class文件中最重要的一个属性，如果把一个Java程序中的信息分为代码（Code,方法体里面的Java代码）和元数据（Metadata,包括
类、字段、方法定义及其他信息）两部分，那么整个Class文件中，Code属性用于描述代码，所有的其他数据项目都用于描述元数据。

三、字节码指令

Java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表特定操作含义的数字（操作码）以及跟随其后的操作所需参（操作数）数构成。

java虚拟机指令集所支持的数据类型

opcode(操作码)	byte	short	int	long	float	double	char	reference
Tipush:将一个常量加载到操作数栈	bipush	sipush
Tconst			iconst	lconst	fconst	dconst		aconst
Tload:将一个局部变量加载到操作栈			iload	lload	fload	dload		aload
Tstore:将一个数值从操作数栈存储到局部变量表			istore	lstore	fstore	dstore		astore
Taload:将一个数组元素加载到操作栈	baload	saload	iaload	laload	faload	daload	caload	aaload
Tastore:将一个数值从操作数栈存储到数组元素	basotre	sastore	iastore	lastore	fastore	dastore	castore	aastore
Tadd:加法指令			iadd	ladd	fadd	dadd
Tsub:减法指令			isub	lsub	fsub	dsub
Tmul:乘法指令			imul	lmul	fmul	dnul
Tdiv:除法指令			idiv	ldiv	fdiv	ddiv
Trem:求余指令			irem	lrem	frem	drem
Tneg:取反指令			ineg	lneg	fneg	dneg
Tshl:左移指令			ishl	lshl
Tshr:右移指令			ishr	lshr
Tushr:符号右移指令			iushr	lushr
Tor:按位或指令			ior	lor
Tand:按位与指令			iand	land
Txor:按位异或指令			ixor	lxor
i2T:类型转换	i2b	i2s		i2l	i2f	i2d
l2T:类型转换			l2i		l2f	l2d
f2T:类型转换			f2i	f2l		f2d
d2T:类型转换			d2i	d2l	d2f
Tcmp:比较指令				lcmp
Tcmpl:比较指令					fcmpl	dcmpl
Tcmpg:比较指令					fcmpg	dcmpg
if_TcmpOP:控制转移指令			if_icmpOP
Treturn:方法返回指令			ireturn	lreturn	freturn	dreturn		areturn

除表中指令外还有：

1、对方创建与访问指令：

• 创建类实例指令：new
• 创建数组指令：newarray、anewarray、multianewarray
• 访问类字段(static字段、或者称为类变量)和实例字段(非static字段，或者称为实例变量)指令：getfield、getstatic、putfield、putstatic
• 取数组长度指令：arraylength
• 检查类实例类型指令：instanceof、checkcast

2、操作数栈管理指令：直接操作操作数栈

• 将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈：pop、pop2
• 复制栈顶一个或两个数字并将复制值双份的复制值重新压入栈顶：dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2
• 将栈顶端两个数值交换:swap

3、方法调用指令

• invokevirtual：用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派
• invokeinterface：调用接口方法，在运行时搜索一个实现接口的方法对象，找出适合的方法进调用
• invokespecial：调用一下需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法、私有方法、父类方法
• invokestatic：调用类方法(static方法)
• invokedynamic：在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，并执行该方法；