1、Class類文件的結(jié)構(gòu)
class文件是一組以8位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進(jìn)制流，各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目嚴(yán)格按照順序緊湊的排列在class文件中，中間沒(méi)有添加任何分隔符。當(dāng)遇到需要占用8位字節(jié)以上空間的數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，則按照高位在前的方式分割成若干個(gè)8位字節(jié)存儲(chǔ)。
class文件格式只有兩種數(shù)據(jù)類型：無(wú)符號(hào)數(shù)和表。
無(wú)符號(hào)數(shù)屬于基本數(shù)據(jù)類型，以u(píng)1、u2、u4、u8分別代表1個(gè)字節(jié)、2個(gè)字節(jié)、4個(gè)字節(jié)、8個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)數(shù)，無(wú)符號(hào)數(shù)可以用來(lái)描述數(shù)字、索引引用、數(shù)量值或按照UTF-8編碼構(gòu)成的字符串值。
表是由多個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)或其他表作為數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型，以"_info"結(jié)尾，整個(gè)class文件就是一張表：
1.1 魔數(shù)與Class文件版本
(1) Class文件的魔數(shù)值是：0XCAFEBABE(音譯：咖啡寶貝)
(2) 緊接著魔數(shù)的4個(gè)字節(jié)是版本號(hào)，第5和第6個(gè)字節(jié)是次版本號(hào)(Minor Version)，第7和第8是主版本號(hào)(Major Version)
1.2 常量池
(1) 版本號(hào)之后是常量池入口，常量池是Class文件中的資源倉(cāng)庫(kù)
(2) 常量池入口放置的是constant_pool_count，計(jì)數(shù)從1開(kāi)始，第0項(xiàng)常量表示“不引用任何一個(gè)常量池項(xiàng)目”
(3) 常量池存放兩大類常量：字面量(Literal)和符號(hào)引用(Symbolic Reference),字面量包括文本字符串、聲明為final的常量值等，而符號(hào)引用包括3類：類和接口的全限定名、字段的名稱和描述符，方法的名稱和描述符，共有14種結(jié)構(gòu)不同的表數(shù)據(jù)：
(4) 專門用于分析Class文件字節(jié)碼的工具：javap
1.3 訪問(wèn)標(biāo)志
在常量池之后，緊接著的兩個(gè)字節(jié)是訪問(wèn)標(biāo)志(access_flags)，用于標(biāo)識(shí)類或接口的訪問(wèn)信息，含義見(jiàn)下表：
1.4 類索引、父類索引和接口索引
類索引(this_class)和父類索引(super_class)都是一個(gè)u2類型的數(shù)據(jù)，而接口索引集合(interfaces)是一組u2類型數(shù)據(jù)的集合，Class文件中由這三項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)確定這個(gè)類的繼承關(guān)系。查找過(guò)程：常量池索引值 -- CONSTANT_Class_info --?CONSTANT_Utf8_info ：
1.5 字段表集合
字段表(field_info)用于描述接口或類中聲明的變量，包括類級(jí)變量(含static關(guān)鍵字)和實(shí)例級(jí)字段，不包括方法類的局部變量。字段表結(jié)構(gòu)如下：
access_flags如下圖：
name_index和descriptor_index都是對(duì)常量池的引用，分別代表字段的簡(jiǎn)單名稱和字段的描述符。描述符用來(lái)描述字段的數(shù)據(jù)類型，標(biāo)識(shí)字符含義如下：
對(duì)于數(shù)組類型，每一維度使用前置"["表示，如String[][]將被記錄為[[Ljava/lang/String，int[]表示[I
1.6 方法表集合
其中name_index(簡(jiǎn)單名稱)代表沒(méi)有類型和參數(shù)修飾的方法，descriptor_index(描述符)用來(lái)描述方法的參數(shù)列表(包括數(shù)量、類型和順序)和返回值
方法中的代碼存放在"Code"屬性表里，編譯器自動(dòng)添加的方法：類構(gòu)造器<clinit>方法和實(shí)例構(gòu)造器<init>方法
1.7 屬性表集合
詳見(jiàn)：https://www.cnblogs.com/flyingcr/p/10428285.html
2、字節(jié)碼指令簡(jiǎn)介
字節(jié)碼指令由一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，代表著某種特定操作含義的數(shù)字(操作碼,Opcode)，以及其后0至多個(gè)此操作所需參數(shù)(操作數(shù)，Operands)構(gòu)成
2.1 字節(jié)碼與數(shù)據(jù)類型
大多數(shù)的指令包含了其操作所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型信息，如iload指令用于從局部變量表加載int型數(shù)據(jù)到操作數(shù)棧，而fload用于加載float型數(shù)據(jù)。助記符與數(shù)據(jù)類型對(duì)代應(yīng)關(guān)系：i代表int，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。
2.2 加載和存儲(chǔ)指令
加載和存儲(chǔ)指令用于將數(shù)據(jù)在棧幀中的局部變量表和操作數(shù)棧之間來(lái)回傳輸。load代表將局部變量加載到操作數(shù)棧，store將一個(gè)數(shù)值從操作數(shù)棧存儲(chǔ)到局部變量表，push和const代表將常量加載到操作數(shù)棧
2.3 運(yùn)算指令
加法指令：iadd?ladd?fadd?dadd
減法指令：isub lsub fsub dsub
乘法指令：imul lmul fmul dmul
除法指令：idiv ldiv fdiv ddiv
求余指令：irem lrem frem drem
取反指令：ineg lneg fneg dneg
位移指令：ishl ishr iushrl shl lshr lushr
按位或指令：ior lor
按位與指令：iand land
按位異或指令：ixor lxor
局部變量自增指令：iinc
比較指令：dcmpg dcmpl fcmpg fcmpl lcmp
2.4 類型轉(zhuǎn)化指令
窄化類型轉(zhuǎn)化時(shí)，需顯示的使用轉(zhuǎn)化指令：i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2f
2.5 對(duì)象創(chuàng)建和訪問(wèn)指令
創(chuàng)建類實(shí)例的指令：new
創(chuàng)建數(shù)組的指令：newarray(基本類型數(shù)組)、anewarray(引用類型數(shù)組)、multianewarray(多維度引用類型數(shù)組)
訪問(wèn)類字段的指令：getstatic、putstatic
訪問(wèn)實(shí)例字段的指令：getfield、putfield
將數(shù)組加載到操作數(shù)棧的指令：aload
將操作數(shù)棧的值存儲(chǔ)到數(shù)組元素的指令：astore
取數(shù)組元素長(zhǎng)度的指令：arraylength
檢查實(shí)例類型的指令：instanceof、checkcast
2.6 操作數(shù)棧管理指令
pop：棧頂一個(gè)元素出棧，pop2：棧頂兩個(gè)元素出棧
dup：復(fù)制棧頂一個(gè)數(shù)值并將復(fù)制值重新壓入棧頂，dup2：復(fù)制棧頂兩個(gè)數(shù)值并將雙份復(fù)制值重新壓入棧頂
swap：將棧頂?shù)膬蓚€(gè)數(shù)值互換
2.7 控制轉(zhuǎn)移指令
2.8 方法調(diào)用和返回指令
invokevirtual：用于調(diào)用對(duì)象的實(shí)例方法，根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型進(jìn)行分派
invokeinterface：用于調(diào)用接口方法，找到實(shí)現(xiàn)該接口合適的類的方法
invokespecial：用于調(diào)用實(shí)例初始化方法、私有方法和父類方法
invokestatic：用于調(diào)用static方法
invokedynamic：用于在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)解析出調(diào)用點(diǎn)限定符所引用的方法，并執(zhí)行該方法
2.9 異常處理指令
顯示拋出異常的操作(throw語(yǔ)句)都由athrow指令實(shí)現(xiàn)
2.10 同步指令
Java虛擬機(jī)支持方法級(jí)和方法內(nèi)部一段指令序列的同步，這兩種同步結(jié)構(gòu)都是使用管程（Monitor）來(lái)支持的。
方法級(jí)的同步是隱式，則無(wú)需通過(guò)字節(jié)碼指令來(lái)控制，它實(shí)現(xiàn)在方法調(diào)用和返回操作之中。虛擬機(jī)可以從方法常量池的方法表結(jié)構(gòu)中的ACC_SYNCHRONIZED訪問(wèn)標(biāo)志區(qū)分一個(gè)方法是否是同步方法。當(dāng)方法調(diào)用時(shí)，調(diào)用指令將會(huì)檢查方法的ACC_SYNCHRONIZED訪問(wèn)標(biāo)志是否被設(shè)置，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程先持有管程，然后再執(zhí)行方法，最后在方法完成（無(wú)論是正常完成還是非正常完成）時(shí)釋放管程。在方法執(zhí)行期間，執(zhí)行線程持有了管程，其他線程都無(wú)法再獲得同一個(gè)管程。如果一個(gè)同步方法執(zhí)行期間拋出了異常，并且在方法內(nèi)部無(wú)法處理異常，那這個(gè)同步方法所持有的管程將在異常拋到同步方法之外時(shí)自動(dòng)釋放。
同步指令由synchronized塊來(lái)表示的，Java虛擬機(jī)的指令集中有monitorenter和monitorexit兩條指令來(lái)支持synchronized關(guān)鍵字的語(yǔ)義，正確實(shí)現(xiàn)synchronized關(guān)鍵字需要編譯器與Java虛擬機(jī)兩者協(xié)作支持。
