java class文件详解

public class TestClass {
    private int m;
    public int inc() {
        return m + 1;
    }
}

字段的访问权限
Flag Name	Value	Remarks
ACC_PUBLIC	0x0001	pubilc，包外可访问。
ACC_PRIVATE	0x0002	private，只可在类内访问。
ACC_PROTECTED	0x0004	protected，类内和子类中可访问。
ACC_STATIC	0x0008	static，静态。
ACC_FINAL	0x0010	final，常量。
ACC_VOILATIE	0x0040	volatile，直接读写内存，不可被缓存。不可和ACC_FINAL一起使用。
ACC_TRANSIENT	0x0080	transient，在序列化中被忽略的字段。
ACC_SYNTHETIC	0x1000	synthetic，由编译器产生，不存在于源代码中。
ACC_ENUM	0x4000	enum，枚举类型字段
ACC_MODULE	0x8000	标识这是一个模块

2.4、类索引、 父类索引与接口索引集合

　　类索引（this_class） 和父类索引（super_class） 都是一个u2类型的数据， 而接口索引集合（interfaces） 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该类型的继承关系。 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关键字（如果这个Class文件表示的是一个接口， 则应当是extends关键字） 后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。

2.5、字段表集合

　　字段表（field_info） 用于描述接口或者类中声明的变量。 Java语言中的“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。  字段可以包括的修饰符有字段的作用域（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， 要么没有， 很适合使用标志位来表示。 而字段叫做什么名字、 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。 字段表的最终格式如下。

类型	名称	数量
u2	access_flags	1
u2	name_index	1
u2	descriptor_index	1
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

　　而字段修饰符放在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下所示：

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	字段是否为public
ACC_PRIVATE	0x0002	字段是否为private
ACC_PROTECTED	0x0004	字段是否为protected
ACC_STATIC	0x0008	字段是否为static
ACC_FINAL	0x0010	字段是否为final
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	字段是否为synchronized
ACC_TRANSIENT	0x0080	字段是否为transient
ACC_ABSTRACT	0x0400	字段是否为abstract
ACC_SYNTHETIC	0x1000	字段是否为编译器自动产生

 

　　name_index和descriptor_index。 它们都是对常量池项的引用， 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:仅仅是把类全名中的“.”替换成了“/”而已，例如类名org.apache.xxxx，器全限定名为org/apache/xxxx。
　　简单名称:就是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称， 比如类中的inc()方法和m字段的简单名称分别就是“inc”和“m”。
　　方法和字段的描述符：描述符的作用是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） 以及代表无返回值的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，祥见下表：

标识字符	含义
B	基本类型byte
C	基本类型char
D	基本类型double
F	基本类型float
I	基本类型int
J	基本类型long
S	基本类型short
Z	基本类型boolean
V	特殊类型void
L	对象类型,如java/lang/Object

　　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成“[[Ljava/lang/String； ”， 一个整型数组“int[]”将被记录成“[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”

2.6、方法表集合

　　Class文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述采用了几乎完全一致的方式， 方法表的结构如同字段表一样， 依次包括访问标志（access_flags） 、 名称索引（name_index） 、 描述符索引（descriptor_index） 、 属性表集合（attributes） 几项，如下图所示

　　在访问标志和属性表集合的可选项中有所区别，因为volatile关键字和transient关键字不能修饰方法， 所以方法表的访问标志中没有了ACC_VOLATILE标志和ACC_TRANSIENT标志。 与之相对， synchronized、 native、 strictfp和abstract关键字可以修饰方法， 方法表的访问标志中也相应地增加了ACC_SYNCHRONIZED、ACC_NATIVE、 ACC_STRICTFP和ACC_ABSTRACT标志。

2.7、属性表集合

1、code属性

　　方法的定义可以通过访问标志、 名称索引、 描述符索引来表达清楚， 但方法里面的代码去哪里了？ 方法里的Java代码， 经过Javac编译器编译成字节码指令之后， 存放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里面， 属性表作为Class文件格式中最具扩展性的一种数据项目，

　　java程序方法体里面的代码经过Javac编译器处理之后， 最终变为字节码指令存储在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， 那么在整个Class文件里， 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。

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 Excepitons） ， 也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。

3、LineNumberTable属性

　　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。并不是运行时必需的属性， 但默认会生成到Class文件之中， 可以在Javac中使用-g： none或-g： lines选项来取消或要求生成这项信息。

4、LocalVariableTable及LocalVariableTypeTable属性

　　LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表的变量与Java源码中定义的变量之间的关系， 它也不是运行时必需的属性， 但默认会生成到Class文件之中， 可以在Javac中使用-g： none或-g： vars选项来取消或要求生成这项信息

5、SourceFile及SourceDebugExtension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

　　SourceDebugExtension属性用于存储额外的代码调试信息。 典型的场景是在进行JSP文件调试时， 无法通过Java堆栈来定位到JSP文件的行号。

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程序里面是非常常见的事情， 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。

7、InnerClasses属性

　　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

8、Deprecated及Synthetic属性

　　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。

　　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， 它可以通过代码中使用“@deprecated”注解进行设置

　　Synthetic属性代表此字段或者方法并不是由Java源码直接产生的， 而是由编译器自行添加的， 在JDK 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。

9、StackMapTable属性

　　StackMapTable是一个相当复杂的变长属性， 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（TypeChecker）， 目的在于代替以前比较消耗性能的基于数据流分析的类型推导验证器。

　　StackMapTable属性中包含零至多个栈映射帧（Stack Map Frame） ， 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。

10、Signature属性

　　Signature属性是一个可选的定长属性， 可以出现于类、 字段表和方法表结构的属性表中。 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 Variable） 或参数化类型（ParameterizedType） ， 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， 字节码（Code属性） 中所有的泛型信息编译（类型变量、 参数化类型） 在编译之后都通通被擦除掉。

11、BootstrapMethods属性

　　BootstrapMethods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。

12、MethodParameters属性

　　MethodParameters是一个用在方法表中的变长属性。MethodParameters的作用是记录方法的各个形参名称和信息。

13、模块化相关属性

　　JDK 9的一个重量级功能是Java的模块化功能， 因为模块描述文件（module-info.java） 最终是要编译成一个独立的Class文件来存储的， 所以， Class文件格式也扩展了Module、 ModulePackages和ModuleMainClass三个属性用于支持Java模块化相关功能。

　　Module属性是一个非常复杂的变长属性， 除了表示该模块的名称、 版本、 标志信息以外， 还存储了这个模块requires、 exports、 opens、 uses和provides定义的全部内容，

　　ModulePackages是另一个用于支持Java模块化的变长属性， 它用于描述该模块中所有的包， 不论是不是被export或者open的。

　　ModuleMainClass属性是一个定长属性， 用于确定该模块的主类（Main Class）

 

 

参考：

《深入理解java虚拟机第三版》