【从零学习JVM|第二篇】字节码文件

前言：

通过了解字节码文件可以帮助我们更容易的理解JVM的工作原理，所以接下来，我们来介绍一下字节码文件。

目录

前言：

正确的打开字节码文件

字节码文件组成

1. 魔数（Magic Number）

2. 版本号（Version Information）

3. 常量池（Constant Pool）

4. 访问标志（Access Flags）

5. 类/父类/接口信息

6. 字段表（Fields）

7. 方法表（Methods）

8. 属性表（Attributes）

关键特点

阅读字节码文件

总结

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正确的打开字节码文件

字节码文件想要正确打开需要使用工具，它保存的是源码编译之后的结果是二进制，如果直接打开我们是看不懂的，推荐jclasslib我们可以直接在idea中安装

通过View下划红线位置打开

打开之后我们就可以清晰的看见字节码文件的组成。现在我们来具体的介绍一下这些信息。

字节码文件组成

1. 魔数（Magic Number）

• 位置：文件起始的4字节（0xCAFEBABE）。

• 作用：标识这是一个合法的.class文件（JVM加载时会首先验证此值）。

在一般信息我们是看不见它的，但是在每个java字节码文件中都会有它，没有它就不能叫java字节码文件。

2. 版本号（Version Information）

• 组成：

  • 次版本号（Minor Version）：2字节（通常为0）。

  • 主版本号（Major Version）：2字节（例如jdk8为52，jdk11为55）。

• 作用：JVM据此判断是否兼容该字节码文件。

我们可以通过主版本号-44得到jdk版本，（例如jdk8为52，jdk11为55）。

3. 常量池（Constant Pool）

• 核心地位：字节码中占比最大的部分，存储所有字面量和符号引用。

• 结构：

  • 常量池计数器（Constant Pool Count）：2字节，表示常量数量（实际数量 = 计数值 - 1）。

  • 常量池表（Constant Pool Entries）：每个条目结构不同，类型由1字节的tag标识。

常量池可以避免我们的内容重复，节省空间。

4. 访问标志（Access Flags）

• 位置：常量池之后的2字节。

• 作用：描述类/接口的访问属性（如public、final、abstract等）。

• 常见标志位：

  • ACC_PUBLIC（0x0001）

  • ACC_FINAL（0x0010）

  • ACC_INTERFACE（0x0200）

  • ACC_ENUM（0x4000）

5. 类/父类/接口信息

• 当前类索引（This Class）：2字节，指向常量池中CONSTANT_Class条目。

• 父类索引（Super Class）：2字节（0表示继承java.lang.Object）。

• 接口表（Interfaces）：

  • 接口计数器（2字节）

  • 接口索引集合（每个索引2字节，指向常量池）。

6. 字段表（Fields）

• 组成：

  • 字段计数器（2字节）

  • 字段详细信息表（每个字段包含访问标志、名称索引、描述符索引等）。

• 描述符（Descriptor）：描述字段类型（如I表示int，Ljava/lang/String;表示字符串）。

7. 方法表（Methods）

• 结构：

  • 方法计数器（2字节）

  • 方法详细信息表（每个方法包含访问标志、名称索引、描述符索引等）。

• 关键属性：每个方法内嵌一个Code属性（见下文），存储实际字节码指令。

8. 属性表（Attributes）

• 通用结构：

  • 属性计数器（2字节）

  • 属性信息集合（每个属性包含名称索引、长度、自定义数据）。

• 核心属性类型：

  • Code属性：存储方法的字节码指令、操作数栈深度、局部变量表等。

  • LineNumberTable：映射字节码偏移量到源代码行号（调试用）。

  • SourceFile：源文件名（如HelloWorld.java）。

  • Exceptions：方法声明的受检异常。

  • Synthetic：标记编译器生成的成员。

关键特点

1. 紧凑性：所有数据以无符号数（u1/u2/u4）紧凑存储。

2. 符号引用：类/方法/字段名均以常量池索引形式存在。

3. 可扩展性：通过属性表支持自定义扩展（如注解信息存储在RuntimeVisibleAnnotations属性中）。

阅读字节码文件

 0 iconst_0          // 将int类型常量0压入操作数栈顶1 istore_1          // 将操作数栈顶的int类型数值（0）存入第二个局部变量槽中（局部变量索引1）2 iload_1           // 从局部变量表中加载索引为1的int类型值到操作数栈顶3 iinc 1 by 1       // 将局部变量表中索引为1的int类型变量增加16 istore_1          // 将操作数栈顶的int类型数值（经过iinc后的值）存入第二个局部变量槽中（局部变量索引1）7 getstatic #2 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;> // 获取类java.lang.System的静态字段out的值，即PrintStream对象，并压入操作数栈顶
10 iload_1           // 从局部变量表中加载索引为1的int类型值到操作数栈顶
11 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println : (I)V> // 调用PrintStream对象的println方法打印int值
14 return            // 从当前方法返回

我们来看看它的源代码。

所以这个时候i的值就是0，可以跟着注释一步步走你就能清楚了。

 0 iconst_01 istore_12 iinc 1 by 15 iload_16 istore_17 getstatic #2 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
10 iload_1
11 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println : (I)V>
14 return

它的源码

可以看见两个代码的字节码指令的iinc 1 by 1和iload_1的位置不同，也就是我们常说的，i++先赋值在自增，而++i是先自增在赋值。所以两个代码的值分别是0和1

总结

    希望通过这篇文章，可以让你对字节码文件的认识更加清晰，通过学习字节码文件我们也算是接触到了更加深层次的代码学习，可以让我们从最底层的逻辑来学习代码的执行。感谢你的阅读，你的阅读和点赞是我最大动力。