摘要： java定義了一套與作業系統，硬體無關的位元組碼格式，這個位元組碼就是用java class檔案來表示的，java class檔案內部定義了虛擬機器可以識別的位元組碼格式，這個格式是平臺無關性的。
java語言是跨平臺的，所謂一次編寫，到處執行。之所以是跨平臺的，就是java定義了一套與作業系統，硬體無關的位元組碼格式，這個位元組碼就是用java class檔案來表示的，java class檔案內部定義了虛擬機器可以識別的位元組碼格式，這個格式是平臺無關性的，在linux系統或者在windows系統上都是一致的。這個就好比html檔案，我們定義好規範，這個系統只要去按照規範顯示出來裡面的內容就好了。
一.JVM的語言無關性
JVM是幹什麼用的？
執行java的啊，難不成是執行python的？
這句話是對的，但不完整，JVM並不是只能執行java程式。
事實上，JVM上執行的本身也不是java檔案，而是class檔案。
而能夠編譯轉化為class檔案的，並不只有java一種。
這就是JVM的語言無關性。
至於能不能執行python，取決於是否有一個能將python轉成class檔案的工具。
當然這樣做沒有太多的意義，畢竟python也有其執行環境，且在某種意義上，比java更強大，核心類庫更完善。
各種語言也有各自的平臺，所以沒有必要強制編譯。
但掌握class檔案還是很有意義的。
作為一個程式設計師，你是否有過或者曾經有過建立一門語言的奢望？最好還是用漢語開發。
但現實，或者大學裡的某個導師，卻給你兜頭一盆冷水。
先花個三五年研究彙編，再考慮實現這些。
三五年，黃花菜都涼了。
現在，有了JVM，似乎看到了一點希望的曙光。
二.class檔案的本質
要實現之前的設想，或者說，想開發一個編譯工具。首先要做的，就是要解構class檔案本身。
無論如何得來，class檔案的本質都是一組以 8 位位元組為基礎單位的2進位制流。
記住，是2進位制。
為了證明這一點，我們還是要用到一些工具。比如，Sublime。
它並不是一個直接檢視2進位制的工具，而是16 進位制的編輯器（2進位制和16進位制可以無縫切換）。
這裡面似乎還有python的事情哦。使用時，直接點選sublime_text.exe檔案即可。
然後選擇class檔案，開啟，如下圖的樣子。
看的人眼花對不對？這都什麼玩意！
前文說了，2進位制，不，這就是16進位制啊。
如果你不想去看16進位制，也可以使用javap，直接去檢視位元組碼指令（詳細內容見前文《一段java程式碼是如何執行的》）。
如果你也不想開啟命令列，還有一個叫jclasslib的工具，可提供圖形化介面，它還有適用於idea的外掛。
但它不是重點，暫且忽略。
三.class檔案結構揭祕
class檔案格式中只有兩種資料型別，無符號數和表。
其中，無符號數包含所有的基礎資料型別和字串，索引引用等，根據位元組長度又可以分為u1，u2，u4，u8，分別代表無符號數的長度為1，2，4，8。
而表，即物件型別。
接下來，以sublime檔案解析的內容為藍本，按順序說說的class檔案的構成。
（1）class檔案的頭四個位元組被稱為魔數，它的作用是確定這個檔案是否為一個能被虛擬機器接受的 Class 檔案。
如，上文中魔數的值為：
它代表該檔案是一個class型別的檔案，不信，你可以多開啟幾個class檔案看看。
（2）接下來的四個位元組代表jdk的版本
如上的內容代表jdk的版本為1.8。
PS:jdk1.1的版本數字為45，以後每跨一個大版本，數字+1，所以jdk1.8的版本數字為51(十進位制)，轉化為16進位制即為34。
（3）下面一個概念是常量池
以上內容是常量池的計數器，通過該數字，我們計算出常量的個數為15個（計算出的數字減1，因為該計數器的起始數不是0，而是1）
我們用javap命令開啟常量池，證明常量的確是15個。
（4）常量池後面就是訪問標誌，訪問標誌主要分為如下類別
我們回頭去看看這段class的原始碼（居然如此簡單）
Java 程式碼
public class ByteCode { public ByteCode(){ } }
該類非介面，非抽象類，非列舉，非系統程式碼，非final，有pulbic，且編譯器在jdk1.2之後，所以，滿足條件的標誌為：
ACC_PUBLIC和 ACC_SUPER，對應標誌數為0001和0020，合併起來就是0021。如下圖位置：
（5）類索引，父類索引和介面索引
- 上文訪問標誌後面就是類索引，索引值為0002，對應常量池第二位。
- 類索引後面就是夫類索引，索引值為0003，對應常量池第三位。
- 父類索引後面就是介面索引，索引值為0000，代表該類沒有實現任何介面。
（6）欄位表，方法表，屬性表
三大索引之後就是欄位表
欄位表為0000，代表無欄位。
如上圖，方法表分為四部分
- 方法表計數器的結果為1，代表有一個欄位
- 方法表訪問標誌為0001，代表public
- 方法表名稱索引為0004，對應常量池第4個
- 方法表描述索引為0005，對應常量池第5個
屬性表以此類推。
四.位元組碼指令
單獨開一個章節講講位元組碼指令，它存在於方法表中，如下分類：
（1）載入和儲存指令
此部分內容，見前文《一段java程式碼是如何執行的》）
（2）運算或算術指令
原始碼：
Java 程式碼
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); } }
位元組碼指令如下：
（3）型別轉換指令
原始碼：
Java 程式碼
public class Test { public void add(int a,int b){ int c = 1; long d = c; } }
位元組碼指令：
（4）建立例項指令
這個不用多講，就是new
（5）建立陣列指令
原始碼：
Java 程式碼
public class Test { public void add(int a,int b){ int[] c = new int[4]; String[] d = new String[5]; } }
位元組碼指令：
（6）訪問欄位指令
原始碼：
Java 程式碼
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; } }
位元組碼指令：
（7）陣列存取指令
原始碼：
Java 程式碼
public static void main(String[] args) { String[] a = new String[5]; a[1] = "2"; String b = a[1]; }
位元組碼指令：
（8）檢查例項型別指令
就是instanceof，演示略
（9）方法返回指令
就是return，演示略
五.異常操作
直接看一段程式碼：
Java 程式碼
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(); } } } }
程式碼是一段典型的檔案流操作，與其他程式碼不同的是，它捕獲了兩個異常。
那麼，位元組碼指令又是如何處理該異常的呢
我們可以看到，最底下出現了一個exception table，即異常表，它記錄了所有的異常資料
以異常表第一行舉例，from，to分別代表，如果第12行，到第16行間發生異常，則直接跳到第19行（target）。
六.裝箱拆箱
這是繞不過去的一個話題。
但凡有一點java基礎的人都知道，java有八大基礎資料型別，每一種型別都對應一種包裝類。如int之於Integer，long之於Long。
一般來講，基礎資料型別和包裝類都可以相互賦值。但這其中的邏輯如何呢？
Java 程式碼
public class Test { public static void main(String[] args) { Integer i = 1; int a = 2; int b = 3; i = a; b = i; } }
我們來看看位元組碼指令
從位元組碼指令中，我們可以看到，有三次拆裝操作
- 第一次，呼叫Integer的valueOf方法，講常量1轉為Integer型別；
- 第二次，呼叫Integer的valueOf方法，講棧頂值2轉為Integer型別；
- 第三次，呼叫intValue方法，講Integer轉為int，然後賦值給b。
前兩部為裝箱，後一步為拆箱。
這就是拆裝箱的底層實現邏輯了。
本文分享自華為雲社群《java之深入class檔案》，原文作者：技術火炬手。