摘要： java定义了一套与操作系统，硬件无关的字节码格局，这个字节码就是用java class文件来示意的，java class文件外部定义了虚拟机能够辨认的字节码格局，这个格局是平台无关性的。
本文分享自华为云社区《java之深刻class文件》，原文作者：技术火炬手。
java语言是跨平台的，所谓一次编写，到处运行。之所以是跨平台的，就是java定义了一套与操作系统，硬件无关的字节码格局，这个字节码就是用java class文件来示意的，java class文件外部定义了虚拟机能够辨认的字节码格局，这个格局是平台无关性的，在linux零碎或者在windows零碎上都是统一的。这个就好比html文件，咱们定义好标准，这个零碎只有去依照标准显示进去外面的内容就好了。
一.JVM的语言无关性
JVM是干什么用的？
运行java的啊，难不成是运行python的？
这句话是对的，但不残缺，JVM并不是只能运行java程序。
事实上，JVM上运行的自身也不是java文件，而是class文件。
而可能编译转化为class文件的，并不只有java一种。
这就是JVM的语言无关性。
至于能不能运行python，取决于是否有一个能将python转成class文件的工具。
当然这样做没有太多的意义，毕竟python也有其运行环境，且在某种意义上，比java更弱小，外围类库更欠缺。
各种语言也有各自的平台，所以没有必要强制编译。
但把握class文件还是很有意义的。
作为一个程序员，你是否有过或者已经有过创立一门语言的奢望？最好还是用汉语开发。
但事实，或者大学里的某个导师，却给你兜头一盆冷水。
先花个三五年钻研汇编，再思考实现这些。
三五年，黄花菜都凉了。
当初，有了JVM，仿佛看到了一点心愿的曙光。
二.class文件的实质
要实现之前的构想，或者说，想开发一个编译工具。首先要做的，就是要解构class文件自身。
无论如何得来，class文件的实质都是一组以 8 位字节为根底单位的2进制流。
记住，是2进制。
为了证实这一点，咱们还是要用到一些工具。比方，Sublime。
它并不是一个间接查看2进制的工具，而是16 进制的编辑器（2进制和16进制能够无缝切换）。
这外面仿佛还有python的事件哦。应用时，间接点击sublime_text.exe文件即可。
而后抉择class文件，关上，如下图的样子。
看的人眼花对不对？这都什么玩意！
前文说了，2进制，不，这就是16进制啊。
如果你不想去看16进制，也能够应用javap，间接去查看字节码指令（具体内容见前文《一段java代码是如何执行的》）。
如果你也不想关上命令行，还有一个叫jclasslib的工具，可提供图形化界面，它还有实用于idea的插件。
但它不是重点，暂且疏忽。
三.class文件构造揭秘
class文件格式中只有两种数据类型，无符号数和表。
其中，无符号数蕴含所有的根底数据类型和字符串，索引援用等，依据字节长度又能够分为u1，u2，u4，u8，别离代表无符号数的长度为1，2，4，8。
而表，即对象类型。
接下来，以sublime文件解析的内容为底本，按程序说说的class文件的形成。
（1）class文件的头四个字节被称为魔数，它的作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机承受的 Class 文件。
如，上文中魔数的值为：
它代表该文件是一个class类型的文件，不信，你能够多关上几个class文件看看。
（2）接下来的四个字节代表jdk的版本
如上的内容代表jdk的版本为1.8。
PS:jdk1.1的版本数字为45，当前每跨一个大版本，数字+1，所以jdk1.8的版本数字为51(十进制)，转化为16进制即为34。
（3）上面一个概念是常量池
以上内容是常量池的计数器，通过该数字，咱们计算出常量的个数为15个（计算出的数字减1，因为该计数器的起始数不是0，而是1）
咱们用javap命令关上常量池，证实常量确实是15个。
（4）常量池前面就是拜访标记，拜访标记次要分为如下类别
咱们回头去看看这段class的源码（竟然如此简略）
Java 代码
public class ByteCode { public ByteCode(){ }}该类非接口，非抽象类，非枚举，非零碎代码，非final，有pulbic，且编译器在jdk1.2之后，所以，满足条件的标记为：
ACC_PUBLIC和 ACC_SUPER，对应标记数为0001和0020，合并起来就是0021。如下图地位：
（5）类索引，父类索引和接口索引
- 上文拜访标记前面就是类索引，索引值为0002，对应常量池第二位。
- 类索引前面就是夫类索引，索引值为0003，对应常量池第三位。
- 父类索引前面就是接口索引，索引值为0000，代表该类没有实现任何接口。
（6）字段表，办法表，属性表
三大索引之后就是字段表
字段表为0000，代表无字段。
如上图，办法表分为四局部
- 办法表计数器的后果为1，代表有一个字段
- 办法表拜访标记为0001，代表public
- 办法表名称索引为0004，对应常量池第4个
- 办法表形容索引为0005，对应常量池第5个
属性表以此类推。
四.字节码指令
独自开一个章节讲讲字节码指令，它存在于办法表中，如下分类：
（1）加载和存储指令
此局部内容，见前文《一段java代码是如何执行的》）
（2）运算或算术指令
源码：
Java 代码
public class Test { public void add(int a,int b){ System.out.println(a+b); System.out.println(a-b); System.out.println(a*b); System.out.println(a/b); }}字节码指令如下：
（3）类型转换指令
源码：
Java 代码
public class Test { public void add(int a,int b){ int c = 1; long d = c; }}字节码指令：
（4）创立实例指令
这个不必多讲，就是new
（5）创立数组指令
源码：
Java 代码
public class Test { public void add(int a,int b){ int[] c = new int[4]; String[] d = new String[5]; }}字节码指令：
（6）拜访字段指令
源码：
Java 代码
public class Test { private static String name = "1"; private String age = "2"; public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); String a = test.age; String b = Test.name; }}字节码指令：
（7）数组存取指令
源码：
Java 代码
public static void main(String[] args) { String[] a = new String[5]; a[1] = "2"; String b = a[1];}字节码指令：
（8）查看实例类型指令
就是instanceof，演示略
（9）办法返回指令
就是return，演示略
五.异样操作
间接看一段代码：
Java 代码
public class Test { public void test() { InputStream in = null; try { in = new FileInputStream("i.txt"); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); }finally { try { in.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }}代码是一段典型的文件流操作，与其余代码不同的是，它捕捉了两个异样。
那么，字节码指令又是如何解决该异样的呢
咱们能够看到，最底下呈现了一个exception table，即异样表，它记录了所有的异样数据
以异样表第一行举例，from，to别离代表，如果第12行，到第16行间产生异样，则间接跳到第19行（target）。
六.装箱拆箱
这是绕不过来的一个话题。
凡是有一点java根底的人都晓得，java有八大根底数据类型，每一种类型都对应一种包装类。如int之于Integer，long之于Long。
一般来讲，根底数据类型和包装类都能够互相赋值。但这其中的逻辑如何呢？
Java 代码
public class Test { public static void main(String[] args) { Integer i = 1; int a = 2; int b = 3; i = a; b = i; }}咱们来看看字节码指令
从字节码指令中，咱们能够看到，有三次拆装操作
- 第一次，调用Integer的valueOf办法，讲常量1转为Integer类型；
- 第二次，调用Integer的valueOf办法，讲栈顶值2转为Integer类型；
- 第三次，调用intValue办法，讲Integer转为int，而后赋值给b。
前两部为装箱，后一步为拆箱。
这就是拆装箱的底层实现逻辑了。
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