JVM -- 字节码class文件处理（五）

港控/mmm° 2023-09-26 10:27 165阅读 0赞

#### 阅读前可先参考 ####

[JVM -- JVM内存结构：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区（二）][JVM -- JVM]

[JVM -- 垃圾回收（三）][JVM --]

## 一、类文件结构 ##

编写一个简单的 HelloWorld.java 文件，将其编译为 HelloWorld.class 文件

HelloWorld.java 文件

public class HelloWorld {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("Hello World!");
        }
    }

HelloWorld.class 文件

package com.mycompany;
     
    public class HelloWorld {
        public HelloWorld() {
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("Hello World!");
        }
    }

在Linux上执行 **od -t xC HelloWorld.class** 命令，输出如下

[root@eslinux1 jvmdemo]# od -t xC HelloWorld.class
    0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 22 0a 00 06 00 14 09
    0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07
    0000040 00 1b 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29
    0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e
    0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63
    0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01
    0000140 00 04 74 68 69 73 01 00 1a 4c 63 6f 6d 2f 6d 79
    0000160 63 6f 6d 70 61 6e 79 2f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72
    0000200 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 28 5b 4c
    0000220 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67
    0000240 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 5b 4c 6a
    0000260 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b
    0000300 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 01 00 0f
    0000320 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 2e 6a 61 76 61 0c
    0000340 00 07 00 08 07 00 1c 0c 00 1d 00 1e 01 00 0c 48
    0000360 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21 07 00 1f 0c 00
    0000400 20 00 21 01 00 18 63 6f 6d 2f 6d 79 63 6f 6d 70
    0000420 61 6e 79 2f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 01 00
    0000440 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63
    0000460 74 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79
    0000500 73 74 65 6d 01 00 03 6f 75 74 01 00 15 4c 6a 61
    0000520 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61
    0000540 6d 3b 01 00 13 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69
    0000560 6e 74 53 74 72 65 61 6d 01 00 07 70 72 69 6e 74
    0000600 6c 6e 01 00 15 28 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67
    0000620 2f 53 74 72 69 6e 67 3b 29 56 00 21 00 05 00 06
    0000640 00 00 00 00 00 02 00 01 00 07 00 08 00 01 00 09
    0000660 00 00 00 2f 00 01 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 01
    0000700 b1 00 00 00 02 00 0a 00 00 00 06 00 01 00 00 00
    0000720 03 00 0b 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 05 00 0c 00
    0000740 0d 00 00 00 09 00 0e 00 0f 00 01 00 09 00 00 00
    0000760 37 00 02 00 01 00 00 00 09 b2 00 02 12 03 b6 00
    0001000 04 b1 00 00 00 02 00 0a 00 00 00 0a 00 02 00 00
    0001020 00 05 00 08 00 06 00 0b 00 00 00 0c 00 01 00 00
    0001040 00 09 00 10 00 11 00 00 00 01 00 12 00 00 00 02
    0001060 00 13
    0001062

#### JVM规范官网 ####

[Java SE Specifications][]

#### 如JDK8 ####

[Chapter 4. The class File Format][]

ClassFile {
        u4             magic;
        u2             minor_version;
        u2             major_version;
        u2             constant_pool_count;
        cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];
        u2             access_flags;
        u2             this_class;
        u2             super_class;
        u2             interfaces_count;
        u2             interfaces[interfaces_count];
        u2             fields_count;
        field_info     fields[fields_count];
        u2             methods_count;
        method_info    methods[methods_count];
        u2             attributes_count;
        attribute_info attributes[attributes_count];
    }

#### 1、魔数 ####

0~3 字节，表示它是否是【class】类型的文件

0000000 **ca fe ba be** 00 00 00 34 00 22 0a 00 06 00 14 09

#### 2、版本 ####

4~7 字节，表示类的版本 00 34（52） 表示是 Java 8

0000000 ca fe ba be **00 00 00 34** 00 22 0a 00 06 00 14 09

#### 3、常量池 ####

[Chapter 4. The class File Format][Chapter 4. The class File Format 1]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Constant Type</th> 
   <th>Value</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Class</code></td> 
   <td>7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Fieldref</code></td> 
   <td>9</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Methodref</code></td> 
   <td>10</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_InterfaceMethodref</code></td> 
   <td>11</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_String</code></td> 
   <td>8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Integer</code></td> 
   <td>3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Float</code></td> 
   <td>4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Long</code></td> 
   <td>5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Double</code></td> 
   <td>6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_NameAndType</code></td> 
   <td>12</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_Utf8</code></td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_MethodHandle</code></td> 
   <td>15</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_MethodType</code></td> 
   <td>16</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>CONSTANT_InvokeDynamic</code></td> 
   <td>18</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

8~9 字节，表示常量池长度，00 22 （34） 表示常量池有 \#1~\#33项，注意 \#0 项不计入，也没有值

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 22 0a 00 06 00 14 09

第\#1项 0a 表示一个 Method 信息，00 06 和 00 14（20） 表示它引用了常量池中 \#6 和 \#21 项来获得 这个方法的【所属类】和【方法名】

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 22 0a 00 06 00 14 09

第\#2项 09 表示一个 Field 信息，00 15（21）和 00 16（22） 表示它引用了常量池中 \#21 和 \# 22 项 来获得这个成员变量的【所属类】和【成员变量名】

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 22 0a 00 06 00 14 09  
0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07

第\#3项 08 表示一个字符串常量名称，00 18（23）表示它引用了常量池中 \#23 项

0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07

第\#4项 0a 表示一个 Method 信息，00 18（24） 和 00 19（25） 表示它引用了常量池中 \#24 和 \#25 项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】

0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07

第\#5项 07 表示一个 Class 信息，00 1a（26） 表示它引用了常量池中 \#26 项

0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07

第\#6项 07 表示一个 Class 信息，00 1b（27） 表示它引用了常量池中 \#27 项

0000020 00 15 00 16 08 00 17 0a 00 18 00 19 07 00 1a 07  
0000040 00 1b 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29

第\#7项 01 表示一个 utf8 串，00 06 表示长度，3c 69 6e 69 74 3e 是【 】

0000040 00 1b 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29

第\#8项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，28 29 56 是【()V】其实就是表示无参、无返回值

0000040 00 1b 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29  
0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e

第\#9项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，43 6f 64 65 是【Code】

0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e

第\#10项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 是【LineNumberTable】

0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e  
0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63

第\#11项 01 表示一个 utf8 串，00 12（18） 表示长度，4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65是【LocalVariableTable】

0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63  
0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01

第\#12项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【this】

0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01  
0000140 00 04 74 68 69 73 01 00 1a 4c 63 6f 6d 2f 6d 79

第\#13项 01 表示一个 utf8 串，00 1a（26） 表示长度，是【Lcn/mycompany/HelloWorld;】

0000140 00 04 74 68 69 73 01 00 1a 4c 63 6f 6d 2f 6d 79  
0000160 63 6f 6d 70 61 6e 79 2f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72  
0000200 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 28 5b 4c

第\#14项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【main】

0000200 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 28 5b 4c

第\#15项 01 表示一个 utf8 串，00 16（22） 表示长度，是【(\[Ljava/lang/String;)V】其实就是参数为 字符串数组，无返回值

0000200 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 28 5b 4c  
0000220 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67  
0000240 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 5b 4c 6a

第\#16项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，是【args】

0000240 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 5b 4c 6a

第\#17项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【\[Ljava/lang/String;】

0000240 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 5b 4c 6a  
0000260 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b

第\#18项 01 表示一个 utf8 串，00 0a（10） 表示长度，是【SourceFile】

0000300 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 01 00 0f  
0000320 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 2e 6a 61 76 61 0c

第\#20项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【HelloWorld.java】

0000300 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 01 00 0f  
0000320 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 2e 6a 61 76 61 0c

第\#21项 0c 表示一个 【名+类型】，00 07 00 08 引用了常量池中\#7 \#8 两项

0000340 00 07 00 08 07 00 1c 0c 00 1d 00 1e 01 00 0c 48  
0000360 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21 07 00 1f 0c 00

第\#22项 07 表示一个 Class 信息，00 1c（28) 引用了常量池中\#28 项

0000340 00 07 00 08 07 00 1c 0c 00 1d 00 1e 01 00 0c 48

第\#23项 0c 表示一个 【名+类型】，00 1d（29） 00 1e （30）引用了常量池中 \#29\#30两项

0000340 00 07 00 08 07 00 1c 0c 00 1d 00 1e 01 00 0c 48

第\#24项 01 表示一个 utf8 串，00 1c（12） 表示长度，是【hello world】

0000340 00 07 00 08 07 00 1c 0c 00 1d 00 1e 01 00 0c 48

0000360 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21 07 00 1f 0c 00

第\#25项 07 表示一个 Class 信息，00 20（32） 引用了常量池中\#32 项

0000360 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21 07 00 1f 0c 00

0000400 20 00 21 01 00 18 63 6f 6d 2f 6d 79 63 6f 6d 70

第\#26项 0c 表示一个 【名+类型】，00 21（33） 00 22（34）引用了常量池中 \#33 \#34 两项 0000420 61 6e 79 2f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 01 00

第\#27项 01 表示一个 utf8 串，00 1b（27） 表示长度，是【cn/mycompany/HelloWorld

0000420 61 6e 79 2f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 01 00

0000440 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63

0000460 74 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79

第\#28项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/Object】

0000460 74 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79  
0000500 73 74 65 6d 01 00 03 6f 75 74 01 00 15 4c 6a 61

第\#29项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/System】

0000500 73 74 65 6d 01 00 03 6f 75 74 01 00 15 4c 6a 61  
0000520 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61

第\#30项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，是【out】

0000520 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61  
0000540 6d 3b 01 00 13 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69

第\#31项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【Ljava/io/PrintStream;】

0000540 6d 3b 01 00 13 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 69  
0000560 6e 74 53 74 72 65 61 6d 01 00 07 70 72 69 6e 74

第\#32项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【java/io/PrintStream】

0000560 6e 74 53 74 72 65 61 6d 01 00 07 70 72 69 6e 74  
0000600 6c 6e 01 00 15 28 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67

第\#33项 01 表示一个 utf8 串，00 07 表示长度，是【println】