各种不同平台的Java虚拟机，以及所有平台都统一支持的程序存储格式——字节码（Byte Code） 是构成平台无关性的基石。

时至今日，商业企业和开源机构已经在Java语言之外发展出一大批运行在Java虚拟机之上的语言， 如Kotlin、Clojure、Groovy、JRuby、JPython、Scala等。

实现语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。Java虚拟机 不与包括Java语言在内的任何程序语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集、符号表以及若干其他辅助信息。

  Class 类文件的结构

Class文件是一组以8个字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中，中间没有添加任何分隔符。当遇到需要占用8个字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8个字节进行存储。

根据《Java虚拟机规范》的规定，Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据，这种伪结构中只有两种数据类型：“无符号数”和“表”。

• 无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个 字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值。
• 表是由多个 无符号数或者其他表 作为数据项构成的复合数据类型，为了便于区分，所有表的命名 都习惯性地以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上也可以视作是一张表，这张表由表6-1所示的数据项按严格顺序排列构成。

无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时候称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的“集合”。

1、魔数与 Class 文件的版本

每个Class文件的 头4个字节 被称为魔数（Magic Number），它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。

不仅是Class文件，很多文件格式标准中都有使用魔数来进行身份识别的习惯，譬如图片格式，如GIF或者JPEG等在文件头中都存有魔数。使用魔数而不是扩展名来进行识别主要是基于安全考虑，因为文件扩展名可以随意改动。

Class文件的魔数值为 0xCAFEBABE（咖啡宝贝？）。这个魔数似乎也预示着日后“Java”这个商标名称的出现（一杯咖啡）。

紧接着魔数的4个字节 存储的是Class文件的版本号：第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8个字节是主版本号（Major Version）。Java的版本号是从45开始的，JDK 1.1之后 的每个JDK大版本发布主版本号向上加1（JDK 1.0～1.1使用了45.0～45.3的版本号），高版本的JDK能 向下兼容以前版本的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，因为《Java虚拟机规范》在Class文 件校验部分明确要求了即使文件格式并未发生任何变化，虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class 文件。

 　　　代表次版本号的第5个和第6个字节值为0x0000，而主版本号的值 为0x0032，也即是十进制的50，该版本号说明这个是可以被JDK 6或以上版本虚拟机执行的Class文 件。

2、常量池

紧接着主、次版本号之后的是常量池入口，通常是占用Class文件空间最大的数据项目之一，另外，它还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。

由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表 常量池容量计数值（constant_pool_count）。与Java中语言习惯不同，这个容量计数是从1而不是0开始的，如上一节的图所示，常量池容量（偏移地址：0x00000008）为十六进制数0x0016，即十进制的22，这就代表常量池中有21项常量，索引值范围为1～21。

在Class文件格式规范制定之时，设计者将第0项常量 空出来是有特殊考虑的，这样做的目的在于，如果后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下 需要表达“不引用任何一个常量池项目”的含义，可以把索引值设置为0来表示。Class文件结构中只有 常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始。

常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。

• • 字面量 比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。
  • 符号引用 则属于编译原理方面的概念，主要包括下面几类常量：
    • 被模块导出或者开放的包（Package）
    • 类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
    • 字段的名称和描述符（Descriptor）
    • 方法的名称和描述符
    • 方法句柄和方法类型（Method Handle、Method Type、Invoke Dynamic）
    • 动态调用点和动态常量（Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant）

常量池中每一项常量都是一个表，最初常量表中共有11种结构各不相同的表结构数据，后来为了 更好地支持动态语言调用，额外增加了4种动态语言相关的常量，为了支持Java模块化系统 （Jigsaw），又加入了CONSTANT_Module_info和CONSTANT_Package_info两个常量，所以截至JDK 13，常量表中分别有17种不同类型的常量。 这17类表都有一个共同的特点，表结构起始的 第一位是个u1类型的标志位（tag，取值见表6-3中标 志列），代表着当前常量属于哪种常量类型。

这17种常量类型各自有着完全独立的数据结构，两两之间并没有什么共性和联系，因此只能逐项进行讲解。

在JDK的bin目录中，Oracle公司已经为我们 准备好一个专门用于分析Class文件字节码的工具：javap。javap -verbose TestClass

3、访问标志

在常量池结束之后，紧接着的2个字节代表访问标志（access_flags），这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口；是否定义为public类型；是否定义为abstract 类型；如果是类的话，是否被声明为final；等等。

4、类索引、父类索引与接口索引集合

Class文件中由这三项数据来确定该类型的继承关系。

• • 类索引：u2类型的数据。用于确定这个类的全限定名，
  • 父类索引：u2类型的数据。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外，所有Java类的父类索引都不为0。
  • 接口索引集合：一组u2类型的数据的集合。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关键字后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。

类索引和父类索引用两个u2类型的索引值表示，它们各自 指向一个类型为 CONSTANT_Class_info 的类描述符常量，通过 CONSTANT_Class_info类型的常量中的索引值可以找到定义在 CONSTANT_Utf8_info 类型的常量中的全限定名字符串。