Java类文件结构

怼烎@ 2021-12-01 16:42 347阅读 0赞

# 一.概述 #

> **计算机只认识 0 和 1，但是由于虚拟机以及大量建立在虚拟机之上的程序语言的发展，将程序编译成二进制本地机器码(Native Code)已不再是唯一的选择，越来越多的程序语言选择了与操作系统和机器指令集无关的，平台中立的格式作为程序编译后的存储格式。**

#  二.无关性的基石 #

> **1. ****字节码是构成平台无关性的基石****。**
> 
> **2. ****语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式****。Java 虚拟机不和包括 Java 在内的任何语言绑定，它只和 Class 文件这种二进制文件格式所关联，Class 文件中包含了 Java 虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息，虚拟机并不关心 Class 的来源是何种语言。**
> 
> **3. Java 语言中的各种变量、关键字和运算符号的语义最终都是由多条字节码命令组合而成，因此字节码命令所能提供的语义描述能力肯定会比 Java 语言本身更强大，因此，有一些 Java 语言本身无法有效支持的语言特性不代表字节码本身无法有效的支持，这也为其他语言实现一些有别于 Java 的语言特性提供了基础。**

#  三.Class类文件的结构 #

> **注意：**
> 
> **1. 任何一个 Class 文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息。**
> 
> **2. ****类或接口并不一定都定义在文件里，类或接口也可以通过类加载器直接生成。**
> 
> **3. 本文将任意一个有效的类或接口所应当满足的格式称为 Class 文件格式，实际上它并不一定以磁盘文件的形式存在。**

> **1. ****Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流****，各个数据项严格按照顺序紧凑地排列在 Class 文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个 Class 文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在，当遇到需要占用8位字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。**
> 
> **2.**** 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****，这种伪结构中只有两种数据类型：****无符号数和表**
> 
> **    a.无符号数：无符号数属于基本的数据类型，以u1，u2，u4，u8来分别代表1个字节，2个字节，4个字节和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，数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值。**
> 
> **    b.表：表是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，所有表都习惯性地以“\_info”结尾，表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个 Class 文件本质上就是一张表，它由下表所示的数据项构成:**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

> **3. 无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容器计数器加若干个连续的数据项的形式，这时称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的集合。**

## 1.魔数与Class文件的版本 ##

> **1. 每个 Class 文件的****头4个字节称为魔数****（Magic Number），它的唯一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（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）。Class 文件的魔数值为：0xCAFEBABE（咖啡宝贝）**
> 
> **2.**** 紧接着魔数的4个字节存储的是 Class 文件的版本号，第5个和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7个和第8个字节是主版本号（Major Version）****。**

## 2.常量池 ##

> **1. ****紧接着主次版本号之后的是常量池入口****，常量池可以理解为 Class 文件之中的资源仓库，它是 Class 文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用 Class 文件空间最大的数据项目之一，同时它还是 Class 文件中第一个出现的表类型数据项目。**
> 
> **2. 因为常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项 u2 类型的数据，代表常量池容量计数值。（常量池的容量计数是从1而不是0开始的，是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特点情况下需要表达“不引用任何一个常量池项目”的含义，Class 文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合，字段表集合，方发表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始的）**
> 
> **3. ****常量池中主要存放两大类常量：字面量和符号引用**
> 
> **字面量：****比较接近于Java 语言层面的常量概念，如文本字符串，声明为 final 的常量值等。**
> 
> **符号引用：****符号引用属于编译原理方面的概念，包括了下面三个常量：类和接口的全限定名，字段的名称和描述符，方法的名称和描述符**
> 
> **4. Java 代码在进行 Javac 编译的时候，并不像 C 和 C++ 那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载 Class 文件的时候进行动态连接，也就是说，在 Class 文件中不会保存各个方法，字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。**
> 
> **5. 常量池中每一项常量都是一个表，jdk1.7 中共有14种表，表开始的第一位是一个 u1 类型的标志位，代表当前这个常量属于哪种常量类型，这14种常量类型所代表的具体含义如下表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

> **注意:** 
> 
> **由于 Class 文件中方法、字段等都需要引用 CONSTANT\_Utf8\_info 型常量来描述名称，所以 CONSTANT\_Utf8\_info 型常量的最大长度也就是 Java 中方法、字段名的最大长度。即u2类型能表达的最大值 65535，所以 Java 程序中如果定义了超过 64KB 英文字符的变量或方法名，将会无法编译。**
> 
> **在JDK的bin目录中，有一个专门用于分析 Class 文件字节码的工具：javap。例如查看 TestClass.class 文件字节码内容：javap -verbose TestClass**

> **6. 常量池中有一些常量从来没有在代码中出现过，如“Ⅰ”，“Ⅴ”，“<init>”,“LineNumberTable”，“LocalVariableTable”等，这些都是自动生成的常量，他们会被字段表（field\_info）、方法表（method\_info）、属性表（attribute\_info）引用到，它们会用来描述一些不方便使用“固定字节”进行表达的内容，譬如描述方法的返回值是什么？有几个参数？每个参数的类型是什么？因为Java 中的“类”是无穷无尽的，无法通过简单地无符号字节来描述一个方法用到了什么类，因此在描述方法的这些信息时，需要引用常量表中的符号引用进行表达。**

**常量池结构总表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

## 3.访问标志 ##

> **在****常量池结束之后，紧接着的两个字节代表访问标志****（access\_flags），这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口；是否定义为 public 类型；是否定义为abstract 类型；如果是类的话，是否被声明为final等。**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

## 4.类索引、父类索引与接口索引集合 ##

> **1. 类索引和父类索引都是一个 u2 类型的数据，而接口索引集合是一组 u2 类型的数据的集合，Class 文件中由这三项数据来确定这个类的继承关系。**
> 
> **2. 类索引用于确定这个类的全限定名，父类索引用于确定这个类的父类的全限定名，由于 Java 语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了 java.lang.Object 之外，所有的 Java 类都有父类，因此除了 java.lang.Object 外，所有 Java 类的父类索引都不为0，接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口将按 implements 语句（如果这个类本身是一个接口，则应当是 extends 语句）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。**
> 
> **3. 类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引用两个 u2 类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为 CONSTANT\_Class\_info 的类描述符常量，通过CONSTANT\_Class\_info 类型的常量中的索引值可以找到定义在 CONSTANT\_Utf8\_info 类型的常量中的全限定名字符串。**
> 
> **4. 对于接口索引集合，入口的第一项—— u2 类型的数据为接口计数器（interfaces\_count），表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为0，后面接口的索引表不再占用任何字节。**

## 5.字段表集合 ##

> **1. 字段表（field\_info）用于描述接口或者类中声明的变量。字段（field）包括类级变量以及实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。**
> 
> **2. Java中描述一个字段可以包括：字段的作用域（public、private、protected修饰符）、是实例变量还是类变量（static修饰符）、可变性（final）、并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主内存读写）、可否被序列化（transient修饰符）、字段数据类型（基本类型、对象、数组）、字段名称。上述这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有某个修饰符，要不没有。而字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

> **3.字段修饰符放在 access\_flags 项目中，它与类中的 access\_flags 项目是非常类似的，都是一个 u2 的数据类型，其中可以设置的标志位和含义如表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

> **在实际情况中，ACC\_PUBLIC、ACC\_PRIVATE、ACC\_PROTECTED三个标志最多只能选择其一，ACC\_FINAL、ACC\_VOLATILE不能同时选择。接口之中的字段必须有ACC\_PUBLIC、ACC\_STATIC、ACC\_FINAL标志，这些都是由Java本身的语言规则所决定的。**

> **4.跟随 access\_flags 标志的是两项索引值：name\_index 和 descriptor\_index。它们都是对常量池的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。**
> 
> **全限定名：****如："org/fenixsoft/clazz/TestClass"是一个类的全限定名，仅仅是把类全名中的“.”替换成了“/”而已，为了使连续多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个“;”表示全限定名结束。**
> 
> **简单名称：****指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称。**
> 
> **描述符：****用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。根据描述符规则，基本数据类型（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）以及代表无返回值void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，如表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

> **对于数组类型，每一维度将使用一个前置的“\[”字符来描述，如一个定义为“java.lang.String\[\]\[\]”类型的二维数组，将被记录为：“\[\[Ljava/lang/String;”，一个整型数组“int\[\]”将被记录为“\[I”。**
> 
> **用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“（）”之内。如方法void inc()的描述符为“()V”，方法java.lang.String toString()的描述符为“()Ljava/lang/String”，方法int indexOf(char\[\] source,int sourceOffset,int sourceCount,char\[\] target,int targetOffset,int targetCount,int fromIndex)的描述符为“(\[CII\[CIII)I”。**
> 
> **5.字段表集合中不会列出超类或者父接口中继承而来的字段，但有可能列出原本Java代码之中不存在的字段，譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。另外，****在Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的****。**

## 6.方法表集合 ##

> **1.Class 文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，一次包括了访问标志（access\_flags）、名称索引（name\_index）、描述符索引（descriptor\_index）、属性表集合（attributes）几项，这些数据项目的含义也非常类似，仅在访问标志和属性表集合的可选项中有所区别。**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

> **2.因为 volatile 关键字和 transient 关键字不能修饰方法，所以方发表的访问标志中没有了ACC\_VOLATILE标志和ACC\_TRANSIENT标志。与之相对的，synchronized、native、strictfp和abstract关键字可以修饰方法，所以方法表的访问标志中增加了ACC\_SYNCHRONIZED、ACC\_NATIVE、ACC\_STRICTFP和ACC\_ABSTRACT标志。**

**方法表标志如图：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

> **3.与字段表集合相对应的，如果父类方法在子类中没有被重写（Override），方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息，但同样的，有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是类构造器“<clinit>”方法和实例构造器“<init>”方法。**
> 
> **在Java语言中，要重载（Overload）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称之外，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名，特征签名就是一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合，也就是因为返回值不会包含在特征签名中，因此Java语言里面是无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载的。但是在Class文件格式中，特征签名的范围更大一些，只要描述符不是完全一致的两个方法也可以共存。也就是说，如果两个方法有相同的名称和特征签名，但返回值不同，那么也是可以合法共存于同一个Class文件中的。**

## 7.属性表集合 ##

> **1.属性表（attribute\_info）在前面的讲解之中已经出现过数次,在Class文件、字段表、方法表都可以自己携带自己的属性表集合，以用于描述默写场景专有的信息。**
> 
> **2.与Class文件中其他的数据项目要求严格的顺序、长度和内容不同，属性表集合的限制稍微宽松了一些，不再要求各个属性表具有严格顺序，并且只要不与已有属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信息，Java虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性，为了能正确解析Class文件，Java虚拟机预定义了21项虚拟机实现应当能识别的属性。**

**如表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

> **3.对于每个属性，它的名称需要从常量池中引用一个CONSTANT\_Utf8\_info类型的常量来表示，而属性值得结构则是完全自定义的，只需要通过一个u4的长度属性去说明属性值所占用的位数即可。**

### 7.1 Code属性 ###

> **Java程序方法体中的代码经过Javac编译器处理后，最终变为字节码字指令存储在Code属性内，Code属性出现在方法表的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，譬如接口或者抽象类中的方法就不存在Code属性。**

**Code属性结构如表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

> **1. ****attribute\_name\_index：****一项指向 CONSTANT\_Utf8\_info 型常量的索引，常量值固定为“Code”，代表了该属性的属性名称。**
> 
> **2. ****attribute\_length：****指示了属性值的长度，由于属性名称索引与属性长度一共为6字节，所以属性值的长度固定为整个为整个属性表长度减去6个字节。**
> 
> **3. ****max\_stack：****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深度。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。**
> 
> **4.**** max\_locals：****局部变量表所需的存储空间。max\_locals的最小单位是Slot，Slot是虚拟机为局部变量分配内存所使用的最小单位，对于byte、char、float、int、short、boolean和returnAddress等长度不超过32位的数据类型，每个局部变量占用1个Slot，而double和long这两种64位的数据类型则需要两个Slot来存放。方法参数（包括实例方法中的隐藏参数“this”）、显式异常处理器的参数（Exception Handler Parameter，就是try-catch语句中catch块所定义的异常）、方法体中定义的局部变量都需要使用局部变量表来存放。另外，并不是在方法中用到了多少个局部变量，就把这些局部变量所占Slot之和作为max\_locals的值，原因是局部变量表中的Slot可以重用，当代码执行超出一个局部变量的作用域时，这个局部变量所占的Slot可以被其他局部变量所使用，Javac编译器会根据变量的作用域来分配Slot给各个变量使用，然后计算出max\_locals的大小。**
> 
> **5. ****code\_length和code用来存储Java源程序编译后生成的字节码指令。**
> 
> **   ****code\_length：****代表字节码长度，虽然它是一个一个u4类型的长度值，但虚拟机规定一个方法不允许唱过65535条字节码指令，实际只能使用u2的长度，超过这个限制，Javac编译器会拒绝编译。**
> 
> **   ****code：****用于存储字节码指令的一系列字节流。每个指令是一个u1类型的单字节，当虚拟机读取到code中的一个字节码时，就可以对应找出这个字节码代表的是什么指令，并且可以知道这条指令后面是否需要跟随参数，以及参数应当如何理解。**
> 
> **  **** u1：****取值范围为0x00 ~ 0xFF,对应十进制的 0 ~ 255。**

>   **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、方法定义以及其他信息）两部分，那么****在整个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****。 **

### 7.2 Exceptions属性 ###

> **Exceptions属性的作用是列举出方法中可能抛出的受查异常（Checked Exceptions），也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。它的结构如表： **

![20190725002101197.png][]

> **number\_of\_exceptions：****表示方法可能抛出的受查异常种类个数**  
> **exception\_index\_table：****一个指向常量池中CONSTANT\_Class\_info型常量的索引，代表了该受查异常的类型**

###  7.3 LineNumberTable属性 ###

> **用于描述Java源码行号与字节码行号（字节码的偏移量）之间的对应关系。他并不是运行时必须的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以在Javac中分别使用-g:none或-g:lines选项取消或生成这项信息，如果选择不生成 LineNumberTable 属性，对程序运行产生的最主要的影响就是当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错的行号，并且在调试程序的时候，也无法按照源码行来设置断点。**

![20190725002323831.png][]

> **line\_number\_table是一个数量为line\_number\_table\_length、类型为line\_number\_info的集合，line\_number\_info表包括了start\_pc和line\_number两个u2类型的数据项，前者是字节码行号，后者是Java源码行号。**

### 7.4 LocalVariableTable属性 ###

> **LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表中的变量与Java源码中定义的变量之间的关系，它也不是运行时必须的属性，但默认会生成到Class文件之中，可以再Javac中分别使用-g:none或-g:vars选项来取消或要求生成这项信息。但如果没有生成这项属性，最大的影响就是当其他人引用这个方法时，所有的参数名称都将会丢失，IDE将会使用诸如arg0,arg1之类的占位符代替原有的参数名，这对程序运行没有影响，但是会对代码编写带来较大不便，而且在调试期间无法根据参数名称从上下文中获得参数值。**

![20190725002532987.png][]

**其中，local\_variable\_info项目代表了一个栈帧与源码中的局部变量的关联，结构如下表：**

![20190725002723460.png][]

> **4.1 start\_pc和length属性分别代表了这个局部变量的生命周期开始的字节码偏移量及其作用范围覆盖的长度，两者结合起来就是这个局部变量在字节码之中的作用域范围。**
> 
> **4.2 name\_index和descriptor\_index都是指向常量池中CONSTANT\_Utf8\_info型常量的索引，分别代表了局部变量的名称以及这个局部变量的描述符。**
> 
> **4.3 index是这个局部变量在栈帧局部变量表中Slot的位置。当这个变量数据类型是64位类型时（double和long），它占用的Slot为index和index+1两个。**

> **在JDK 1.5引入泛型后，LocalVariableTable属性增加了一个“姐妹属性”：LocalVariableTypeTable，这个新增的属性结构与LocalVariableTable非常相似，仅仅是把记录的字段描述符的descriptor\_index替换成了字段的特征签名（Signature），对于非泛型类型来说，描述符和特征签名能描述的信息是基本一致的，但是泛型引入之后，由于描述符中泛型的参数化类型被擦出掉，描述符就不能准确地描述泛型类型了，因此出现了LocalVariableTypeTable。**

### 7.5 SourceFile属性 ###

> **SourceFile属性用于记录生成这个Class文件的源码文件名称。这个属性也是可选的，可以分别使用Javac的-g:none或-g:source选项来关闭或要求生成这项信息，在Java中，对于大多数的类来说，类名和文件名是一致的，但是有一些特殊情况（如内部类）例外。如果不生成这项属性，当抛出异常时，堆栈中将不会显示出错代码所属的文件名。这个属性是一个定长的属性，其结构如表：**

![20190725003534727.png][]

> **sourcefile\_index：****代表指向常量池中CONSTANT\_Utf8\_info型常量的索引，常量值是源文件的文件名。**

###  7.6 ConstantValue属性 ###

> **ConstantValue****属性的作用是****通知虚拟机自动为静态变量赋值**。**只有被static关键字修饰的变量（类变量）才可以使用这项属性。类似 “int x = 123” 和 “static int x = 123”这样的变量定义在Java程序中是非常常见的事情，但虚拟机对这两种变量赋值的方式和时刻都有所不同。对于非static类型的变量（也就是实例变量）的赋值是在实例构造器<init>方法中进行**的；而**对于类变量**，则**有两种方式可以选择：在类构造器<clinit>方法中或者使用ConstantValue属性**。目前**Sun Javac编译器的选择是：如果同时使用final和static来修饰一个变量（按照习惯，这里称“常量”更贴切），并且这个变量的数据类型是基本类型或者java.lang.String的话，就生成ConstantValue属性来进行初始化，如果这个变量没有被final修饰，或者并非基本类型以及字符串，则将会选择在<clinit>方法中进行初始化。**

> ** 虽然final关键字才更符合“ConstantValue”的语义，但虚拟机规范中并没有强制要求字段必须设置ACC\_FINAL标志，只要求了有ConstantValue属性的字段必须设置ACC\_STATIC标志而已，对final关键字的要求是Javac编译器自己加入的限制。而对ConstantValue的属性值只能限于基本类型和String，不过这并不是什么限制，因为此属性的属性值只是一个常量池的索引号，由于Class文件格式的常量类型中只有与基本属性和字符串相对应的字面量，所以就算ConstantValue属性想支持别的类型也无能为力。**

![20190725012346284.png][]

> **ConstantValue属性是一个定长属性，它的attribute\_length数据项值必须固定为2，constantvalue\_index数据项代表了常量池中一个字面量常量的引用，根据字段类型的不同，字面量可以是CONSTANT\_Long\_info、CONSTANT\_Float\_info、CONSTANT\_Double\_info、CONSTANT\_Integer\_info、CONSTANT\_String\_info常量中的一种。**

### 7.7 InnerClasses属性 ###

> **1.InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那编译器将会为它以及它所包含的内部类生成InnerClasses属性。**

![20190725013310494.png][]

> **2.number\_of\_classes:代表需要记录多少个内部类信息，每一个内部类的信息都由一个inner\_classes\_info表进行描述。inner\_classes\_info表结构如下：**

![20190725013552748.png][]

> **3. inner\_class\_info\_index和outer\_class\_info\_index都是指向常量池中CONSTANT\_Class\_info型常量的索引，分别代表了内部类和宿主类的符号引用。**
> 
> **4. inner\_name\_index是指向了常量池中CONSTANT\_Utf8\_info型常量的索引，代表这个内部类的名称，如果是匿名内部类，那么这项值为0。**
> 
> **5. inner\_class\_access\_flags是内部类的访问标志，类似于类的access\_flags，它的取值范围如表：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 11][]

### 7.8 Deprecated及Synthetic属性 ###

> **1.Deprecated和Synthetic两个属性都属于标志类型的布尔属性，只存在有和没有的区别，没有属性值的概念。**  
> **2.Deprecated属性用于表示某个类、字段或者方法，已经被程序作者定为不再推荐使用，它可以通过在代码中使用@deprecated注释进行设置。**  
> **3.Synthetic属性代表此字段或者方法并不是有Java源码直接产生的，而是由编译器自行添加的，****在JDK 1.5之后，标识一个类、字段或者方法是编译器自动产生的，也可以设置它们访问标志中的ACC\_SYNTHETIC标志位，其中最典型的例子就是Bridge Method。所有由非用户代码产生的类、方法及字段都应当至少设置Synthetic属性和ACC\_SYNTHETIC标志位中的一项，唯一的例外是实例构造器“<init>”方法和类构造器“<clinit>”方法。**

![2019072502164216.png][]

> **其中attribute\_length数据项的值必须是0x000000000，因为没有任何属性值需要设置。**

### 7.9 StackMapTable属性 ###

> **1.StackMapTable属性在JDK 1.6发布后增加到了Class文件规范中，它是一个复杂的变长属性，位于Code属性的属性表中。****这个属性会在虚拟机类加载的字节码验证阶段被新类型检查验证器（Type Checker）使用，目的在于替代此前比较消耗性能的基于数据流分析的类型推导验证器**。  
> **2.StackMapTable属性中包含零至多个栈映射帧（Stack Map Frames），每个栈映射帧都显式或隐式地代表了一个字节码偏移量，用于表示该执行到该字节码时局部变量表和操作数栈的验证类型。类型检查验证器会通过检查目标方法的局部变量和操作数栈所需要的类型来确定一段字节码指令是否符合逻辑约束。**

**StackMapTable属性的结构如表所示：**

![20190727182549563.png][]

> **3.Java7 规定，在版本号大于或等于50.0的Class文件中，如果方法的Code属性中没有附带StackMapTable属性，那就意味着它带有一个隐式的StackMap属性。这个StackMap属性的作用等同于number\_of\_entries值为0的StackMapTable属性。一个方法的Code属性最多只能有一个StackMapTable属性，否则将抛出ClassFormatError异常。**

### 7.10 Signature属性 ###

> **1.Signature属性在JDK 1.5发布后增加到了Class文件规范之中，它是一个可选的定长属性，可以出现于类、属性表和方法表结构的属性表中。****在JDK 1.5中大幅增加了Java语言的语法，在此之后，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名如果包含了类型变量（Type Variables）或参数化类型（Parameterized Types），则Signature属性会为它记录泛型签名信息。之所以要专门使用这样一个属性去记录泛型类型，是因为Java语言的泛型采用的是擦除法实现的伪泛型，在字节码（Code属性）中，泛型信息编译（类型变量、参数化类型）之后都统统被擦出掉。使用擦除法的好处是实现简单（主要修改Javac编译器，虚拟机内部只做了很少的改动）、非常容易实现Backport，运行期也能够节省一些类型所占的内存空间。但坏处是运行期就无法像C\#等有真泛型支持的语言那样，将泛型类型与用户定义的普通类型同等对待，例如运行期做反射时无法获取泛型类型。Signature属性就是为了弥补这个缺陷而设计的，现在Java的反射API能够获取泛型类型，最终的数据来源也就是这个属性。**

**Signature属性的结构：**

![20190727185134245.png][]

> **2.signature\_index项的值必须是一个队常量池的有效索引。常量池在该索引处的项必须是CONSTANT\_Utf8\_info结构，表示类签名、方法类型签名或字段类型签名。如果当前的Signature属性是类文件的属性，则这个结构表示类签名，如果当前的Signature属性是方法表的属性，则这个结构表示方法类型签名，如果当前Signature属性是字段表的属性，则这个结构表示字段类型签名。**

### 7.11 BootstrapMethods属性 ###

> **1.BootstrapMethods属性在JDK 1.7发布后增加到了Class文件规范之中，****它是一个复杂的变长属性，位于类文件的属性表中。这个属性用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符****。如果某个类文件结构的常量池中曾经出现过CONSTANT\_InvokeDynamic\_info类型的常量，那么这个类文件的属性表中必须存在一个明确的BootstrapMethods属性，另外，即使CONSTANT\_InvokeDynamic\_info类型的常量在常量池中出现过多次，类文件的属性表中最多也只能有一个BootstrapMethods属性。BootstrapMethods属性与JSP-292中的InvokeDynamic指令和java.lang.Invoke包关系非常密切。**

**BootstrapMethods属性的结构：**

![20190727190836308.png][]

**其中引用到的bootstrap\_method结构：**

![2019072719094745.png][]

> **2.BootstrapMethods属性中，num\_bootstrap\_methods项的值给出了bootstrap\_methods\[\]数组中的引导方法限定符的数量。而bootstrap\_methods\[\]数组的每个成员包含了一个指向常量池CONSTANT\_MethodHandle结构的索引值，它代表了一个引导方法，还包含了这个引导方法静态参数的序列（可能为空）。bootstrap\_methods\[\]数组中的每个成员必须包含以下3项内容：**
> 
> **    2.1 bootstrap\_method\_ref：bootstrap\_method\_ref项的值必须是一个对常量池的有效索引。常量池在该索引处的值必须是一个CONSTANT\_MethodHandle\_info结构。**
> 
> **    2.2 num\_bootstrap\_arguments：num\_bootstrap\_arguments项的值给出了bootstrap\_methods\[\]数组成员的数量。**
> 
> **    2.3 bootstrap\_arguments\[\]：bootstrap\_arguments\[\]数组的每个成员必须是一个队常量池有效索引。常量池在该索引处必须是下列结构之一：CONSTANT\_String\_info、CONSTANT\_Class\_info、CONSTANT\_Integer\_info、CONSTANT\_Long\_info、CONSTANT\_Float\_info、CONSTANT\_Double\_info、CONSTANT\_MethodHandle\_info或CONSTANT\_MethodType\_info。**

# 四. 字节码指令简介 #

> **1.Java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字（称为操作码，Opcode）以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数（称为操作数，Operands）而构成**。**由于Java虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的架构，所以大多数的指令都不包含操作数，只有一个操作码。**
> 
> **2.字节码指令集是一种具有鲜明特点，优劣势都很突出的指令集架构，由于限制了Java虚拟机操作码的长度为一个字节（0~255），这意味着指令集的操作码总数不可能超过256条，又由于Class文件格式放弃了编译后代码的操作数长度对齐，这就意味着虚拟机处理那些超过一个字节数据的时候，不得不在运行时从字节中重建出具体数据的结构，如果要将一个16位长度的无符号整数使用两个无符号字节存储起来（将它们命名为byte1和byte2），那它们的值应该是这样的：(byte1 << 8) | byte2**
> 
> **这种操作在某种程度上会导致解释执行字节码时损失一些性能，但这样做的优势非常明显，放弃了操作数长度对齐（字节码指令流基本上都是单字节对齐的，只有“tableswitch”和“lookupswitch”两条指令例外，由于它们的操作数比较特殊，是以4字节为界划分的，所以这两条指令也需要预留出相应的空位进行填充来实现对齐），就意味着可以省略很多填充和间隔符号；用一个字节来代表操作码，也是为了尽可能获得短小精干的编译代码。这种追求尽可能小数据量、高传输效率的设计是由Java语言设计之初面向网络、智能家电的技术背景所决定的，并一直沿用至今。**
> 
> **3.如果不考虑异常处理的话，那么Java虚拟机的解释器可以使用下面这个伪代码当做最基本的执行模型来解释，这个执行模型虽然很简单，但依然可以有效地工作：**

do{
        自动计算PC寄存器的值加1;
        根据PC寄存器的指示位置,从字节码流中取出操作码;
        if(字节码存在操作数)从字节码流中取出操作数;
        执行操作码所定义的操作;
    }while(字节码流长度 > 0);

## 1.字节码与数据类型 ##

> **1.在Java虚拟机的指令集中，大多数的指令都包含了其操作所对应的数据类型信息。例如，iload指令用于从局部变量表中加载int型的数据到操作数栈中，而fload指令加载的则是float类型的数据。这两条指令的操作在虚拟机内部可能会是由同一段代码来实现的，但在Class文件中它们必须拥有各自独立的操作码。**
> 
> **2.对于大部分与数据类型相关的字节码指令，它们的操作码助记符中都有特殊的字符来表明专门为哪种数据类型服务：i代表对int类型的数据操作，l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，f代表float，d代表double，a代表reference。也有一些指令的助记符中没有明确地指明操作类型的字母，如arraylength指令，它没有代表数据类型的特殊字符，但操作数永远只能是一个数组类型的对象，还有另外一些指令，如无条件跳转指令goto则是与数据类型无关的。**
> 
> **3.由于Java虚拟机的操作码长度只有一个字节，所以包含了数据类型的操作码就为指令集的设计带来了很大的压力：如果每一种与数据类型相关的指令都支持Java虚拟机所有运行时数据类型的话，那指令的数量恐怕就会超出一个字节所能表示的数据范围了。因此，Java虚拟机的指令集对于特定的操作只提供了有限的类型相关指令去支持它，换句话说，指令集将会故意被设计成非完全独立的（Java虚拟机规范中把这种特性称为“Not Orthogonal”，即并非每种数据类型和每一种操作都有对应的指令）。有一些单独的指令可以在必要的时候用来将一些不支持的类型转换为可被支持的类型。**

**Java虚拟机指令集所支持的数据类型：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3h5eTEwMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]

> **如表所示列举了Java虚拟机所支持的与数据类型相关的字节码指令，通过使用数据类型列所代表的特殊字符替换opcode列的指令模板中的T,就可以得到一个具体的字节码指令。如果在表中指令模板与数据类型两列共同确定的格为空，则说明虚拟机不支持对这种数据类型执行这项操作。例如，load指令有操作int类型的iload，但是没有操作byte类型的同类指令。**
> 
> **注意，大部分的指令都没有支持整数类型byte、char和short，甚至没有任何指令支持boolean类型。编译器会在编译期或运行期将byte和short类型的数据带符号扩展（Sign-Extend）为相应的int类型数据，将boolean和char类型数据零位扩展（Zero-Extend）为相应的int类型数据。与之类似，在处理boolean、byte、short和char类型的数组时，也会转换为使用对应的int类型的字节码指令来处理。因此，大多数对于boolean、byte、short和char类型数据的操作，实际上都是使用相应的int类型作为运算类型。**

## 2.加载和存储指令 ##

**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来回传输，这类指令包括如下内容：**

> **1.将一个局部变量加载到操作栈：iload、iload<n>、lload、lload<n>、fload、fload<n>、dload、dload<n>、aload、aload<n>**
> 
> **2.将一个数值从操作数栈存储到局部变量表：istore、istore<n>、lstore、lstore<n>、fstore、fstore<n>、dstore、dstore<n>、astore、astore<n>**
> 
> **3.将一个常量加载到操作数栈：bipush、sipush、ldc、ldc\_w、ldc2\_w、aconst\_null、iconst\_ml、iconst\_<i>、lconst\_<l>、fconst\_<f>、dconst\_<d>**
> 
> **4.扩充局部变量表的访问索引的指令：wide**

> **存储数据的操作数栈和局部变量表主要就是由加载和存储指令进行操作，除此之外，还有少量指令，如访问对象的字段或数组元素的指令也会向操作数栈传输数据。**

> **上面所列举的指令助记符中，有一部分是以尖括号结尾的（例如iload\_<n>），这些指令助记符实际上是代表了一组指令（例如iload\_<n>，它代表了iload\_0、iload\_1、iload\_2和iload\_3这几条指令）。这几组指令都是某个带有一个操作数的通用指令（例如 iload）的特殊形式，对于这若干组特殊指令来说，它们省略掉了显式的操作数，不需要进行取操作数的动作，实际上操作数就隐含在指令中。除了这点之外，它们的语义与原生的通用指令完全一致（例如iload\_0的语义与操作数为0时的iload指令语义完全一致）。**

## 3.运算指令 ##

> **运算或算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并把结果重新存入到操作栈顶****。大体上算术指令可以分为两种：对整型数据进行运算的指令与对浮点型数据进行运算的指令，无论是哪种算术指令，都使用Java虚拟机的数据类型，由于没有直接支持byte、short、char和boolean类型的算术指令，对于这类数据的运算，应使用操作int类型的指令代替。整数与浮点数的算术指令在溢出和被零除的时候也有各自不同的行为表现，所有的算术指令如下。**

> **1.加法指令：iadd、ladd、fadd、dadd**
> 
> **2.减法指令：isub、lsub、fsub、dsub**
> 
> **3.乘法指令：imul、lmul、fmul、dmul**
> 
> **4.除法指令：idiv、ldiv、fdiv、ddiv**
> 
> **5.求余指令：irem、lrem、frem、drem**
> 
> **5.取反指令：ineg、lneg、fneg、dneg**
> 
> **6.位移指令：ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr**
> 
> **7.按位或指令：ior、lor**
> 
> **8.按位与指令：iand、land**
> 
> **9.按位异或指令：ixor、lxor**
> 
> **10.局部变量自增指令：iinc**
> 
> **11.比较指令：dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp**

> **Java虚拟机规范规定，在处理整型数据时，只有除法指令（idiv和ldiv）以及求余指令（irem和lrem）中当出现除数为零时会导致虚拟机抛出ArithmeticException，其余任何整型数运算场景都不应该抛出运行时异常。在处理浮点数运算时，不会抛出任何运行时异常。**

## 4.类型转换指令 ##

> **类型转换指令可以将两种不同的数值类型进行相互转换，这些转换操作一般用于实现用户代码中的显式类型转换操作，或者用于处理字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。**

> **1.Java虚拟机直接支持（即转换时无需显式的转换指令）以下数值类型的宽化类型转换（Widening Numeric Conversions，即小范围类型向大范围类型的安全转换）：**
> 
> **  a.int 类型到long、float或者double类型**
> 
> **  b.long 类型到float、double类型**
> 
> **  c.float类型到double类型**
> 
> **2.在将int或long类型窄化转换为整数类型T的时候，转换过程仅仅是简单地丢弃除最低位N个字节以外的内容，N是类型T的数据类型长度，这将可能导致转换结果与收入值有不同的正负号。因为原来符号位处于数值的最高位，高位被丢弃之后，转换结果的符号就取决于低N个字节的首位了。**
> 
> **   在将一个浮点值窄化转换为整数类型T（T限于int或long类型之一）的时候，将遵循以下转换规则：**
> 
> **   a.如果浮点值是NaN，那转换结果就是int或long类型的0**
> 
> **   b.如果浮点值不是无穷大的话，浮点值使用IEEE 754的向零舍入模式取整，获得整数值v，如果v在目标类型T（int或long）的表示范围之内，那转换结果就是v**
> 
> **   c.否则，将根据v的符号，转换为T所能表示的最大或者最小正数**
> 
> **3.从double类型到float类型的窄化转换过程与IEEE 754中定义的一致，通过IEEE 754向最接近数舍入模式舍入得到一个可以使用float类型表示的数字。如果转换结果的绝对值太小而无法使用float来表示的话，将返回float类型的正负零。如果转换结果的绝对值太大而无法使用float来表示的话，将返回float类型的正负无穷大，对于double类型的NaN值将按规定转换为float类型的NaN值。**
> 
> **4.尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢出、下限溢出和精度丢失等情况，但是Java虚拟机规范中明确规定数值类型的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常。**

## 5.对象创建与访问指令 ##

**虽然类实例和数组都是对象，但Java虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令。对象创建后，就可以通过对象访问指令获取对象实例或者数组实例中的字段或者数组元素，这些指令如下：**

> **1.创建类实例的指令：new**
> 
> **2.创建数组的指令：newarray、anewarray、multianewarray**
> 
> **3.访问类字段（static字段，或者成为类变量）和实例字段（非static字段，或者称为实例变量）的指令：getfield，putfield，getstatic，putstatic**
> 
> **4.把一个数组元素加载到操作数栈的指令：baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload**
> 
> **5.将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令：bastore、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore**
> 
> **6.取数组长度的指令：arraylength**
> 
> **7.检查类实例类型的指令：instanceof、checkcast**

## **6.操作数栈管理指令** ##

**如同操作一个普通数据结构中的堆栈那样，Java虚拟机提供了一些用于直接操作操作数栈的指令，包括：**

> **1.将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈：pop，pop2**
> 
> **2.复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶：dup、dup2、dup\_x1、dup2\_x1、dup\_x2、dup2\_x2**
> 
> **3.将栈最顶端的两个数值互换：swap。**

## 7.控制转移指令 ##

**控制转移指令可以让Java虚拟机有条件或无条件地从指定的位置指令而不是控制转移指令的下一条指令继续执行程序，从概念模型上理解，可以认为控制转移指令就是在有条件或无条件地修改PC寄存器的值。控制转移指令如下：**

> **1.条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if\_icmpeq、if\_icmpne、if\_icmplt、if\_icmpgt、if\_icmple、if\_icmpge、if\_acmpeq和if\_acmpne**
> 
> **2.复合条件分支：tableswitch、lookupswitch**
> 
> **3.无条件分支：goto、goto\_w、jsr、jsr\_w、ret**

> **在Java虚拟机中有专门的指令集用于处理int和reference类型的条件分支比较操作，为了可以无须明显标识一个实体值是否为null，也有专门的指令用来检测null值。**
> 
> **与前面算术运算时的规则一致，对于boolean类型、byte类型、char类型和short类型的条件分支比较操作，都是使用int类型的比较指令来完成，而对于long类型、float类型和double类型的条件分支比较操作，则会先执行相应类型的比较运算指令（fcmpg、fcmpl、lcmp），运算指令会返回一个整型值到操作数栈中，随后再执行int类型的条件分支比较操作来完成整个分支跳转。由于各种类型的比较最终都会转化成int类型的比较操作，int类型比较是否方便完善就显得尤为重要，所以Java虚拟机提供的int类型的条件分支指令是最为丰富和强大的。**

## 8.方法调用和返回指令 ##

**常用方法调用的指令：**

> **1.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（虚方法分派），这也是Java语言中最常见的方法分派方式。**
> 
> **2.invokeinterface：用于调用接口方法，它会在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用。**
> 
> **3.invokespecial：用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法、私有方法和父类方法。**
> 
> **4.invokestatic：用于调用类方法（static方法）**
> 
> **5.invokedynamic：用于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，前面4条调用指令的分派逻辑都固话在Java虚拟机内部，而invokedynamic指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。**

> **方法调用指令与数据类型无关，而方法返回指令是根据返回值的类型区分的，包括ireturn（当返回值是boolean、byte、char、short和int类型时使用）、lreturn、freturn、dreturn和areturn，另外还有一条return指令供声明为void的方法，实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用。**

## 9.异常处理指令 ##

> **在Java程序中显式抛出异常的操作（throw语句）都是由athrow指令来实现，除了用throw语句显式抛出异常情况之外，Java虚拟机规范还规定了许多运行时异常会在其他Java虚拟机指令检测到异常状况时自动抛出。例如，在前面介绍的整数运算中，当除数为零时，虚拟机会在idiv或ldiv指令中抛出Arithmetic**
> 
> **在Java虚拟机中，处理异常（catch语句）不是由字节码指令来实现的（很久之前曾经使用jsr和ret指令来实现，现在已经不用了），而是采用异常表来完成的。**

## 10.同步指令 ##

> **1.Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步，这两种同步结构都是使用管程（Monitor）来支持的。**
> 
> **2.方法级的同步是隐式地，即无需通过字节码指令来控制，它实现在方法调用和返回操作之中。虚拟机可以从方法常量池的方法表结构中的ACC\_SYNCHRONIZED访问标志得知一个方法是否声明为同步方法。当方法调用时，调用指令将会检查方法的ACC\_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程就要求先成功持有管程，然后才能执行方法，最后当方法完成（无论是正常完成还是非正常完成）时释放管程。在方法执行期间，执行线程有了管程，其他任何线程都无法再获取到同一个管程。如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那么这个同步方法所持有的管程将在异常抛到同步方法之外时自动释放。**
> 
> **同步一段指令集序列通常是由Java语言中的synchronized语句块来表示的，Java虚拟机的指令集中有monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字的语义，正确实现synchronized关键字需要Javac编译器与Java虚拟机两者共同协作支持**
> 
> **编译器必须确保无论方法通过何种方式完成，方法中调用过的每条monitorenter指令都必须执行其对应的monitorexit指令，而无论这个方法是正常结束还是异常结束。为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行，编译器会自动产生一个异常处理器，这个异常处理器声明可处理所有的异常，它的目的就是用来执行monitorexit指令。**

# 五.公有设计和私有实现 #

> **Java虚拟机规范描绘了Java虚拟机应有的共同程序存储格式：Class文件格式以及字节码指令集。这些内容与硬件，操作系统及具体的Java虚拟机实现之间是完全独立的，虚拟机实现者可能更愿意把它们看做是程序在各种Java平台实现之间互相安全地交互的手段。**
> 
> **不同的Java虚拟机实现必须能够读取Class文件并精确实现包含在其中的Java虚拟机代码的语义，虚拟机实现者可以使用这种伸缩性来让Java虚拟机获得更高的性能、更低的内存消耗或者更好的可移植性，选择哪种特性取决于Java虚拟机实现的目标和关注点是什么，虚拟机实现的方式主要有一下两种：**
> 
> **1.将输入的Java虚拟机代码在加载或执行时翻译成另外一种虚拟机的指令集。**
> 
> **2.将输入的Java虚拟机代码在加载或执行时翻译成宿主机CPU的本地指令集（即JIT代码生成技术）。**

### **Class文件格式所具备的平台中立（不依赖于特定硬件及操作系统）、紧凑、稳定和可扩展的特点，是Java技术体系实现平台无关、语言无关两项特性的重要支柱。** ###

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