写了那么多 Java 代码,却不一定见过它的真面目

我们都知道那句著名的宣传语——「一次编写, 到处运行(Write Once, Run Anywhere)」,这是对 Java 平台无关性的精准概括。字节码 + JVM 使其平台无关,与此同时也衍生出另一个无关性——语言无关性。像 Kotlin、Groovy、Scala、Clojure、JRuby 等语言都可以运行在 JVM 之上。理论上只要能将源代码编译成符合 JVM 规范的字节码,任何语言都可以在 JVM 中运行。
字节码是连接语言和 JVM 的关键桥梁,今天我们就一起聊聊这个关键人物。
概览
我们创建一个 User 类:
然后通过 javac 命令编译,得到 User.class 文件。然后用支持十六进制的文本工具(比如 sublime)打开,你会看到如下内容:

在一堆看似毫无规律的字符中,我们发现开头几个字好像有什么特别的含义——cafe babe,咖啡宝贝?没错,这也解释了为啥 Java 的商标是一杯冒着热气的咖啡。开头这四个字节叫做魔数(Magic Number),它的唯一作用就是确定这是一个可以被 JVM 接受的 Class 文件。
Class 文件中没有任何分隔符, 各数据项严丝合缝依次排列。哪个字节代表什么含义,谁挨着谁,长度是多少,都是有规定的,不能改变。
类文件结构
先来看一个 Class 文件的标准结构:
来自《The Java Virtual Machine Specification》Java SE 8 Edition
如上所示,Class 文件中包含两种数据类型:「无符号数」和「表」。
无符号数是基本类型,u1、 u2、 u4、 u8 分别表示 1 个字节、 2 个字节、 4 个字节和 8 个字节的无符号数。无符号数可以描述数字、索引引用、数量值或者按照 UTF-8 编码的字符串。
表是由多个无符号数或其他表组合而成(复杂对象),并且以「_info」结尾。一个 Class 文件可以视作一张表。
各数据项说明:

顺序由上到下,严格限制,不可修改
下面用一张更形象的图展示一下 Class 文件的结构示意:

如何查看
我们可以通过 JDK 自带的「javap」命令来查看 Class 文件的字节码信息:
你会看到如下信息:

另外,还可以通过 IDEA 的插件来查看,会更加友好一些。效果如下:

插件:JClassLib
结束
学习字节码会让之前只知其然的知识,变得知其所以然。
今天先开(挖)个小(大)头(坑),如果你对字节码感兴趣可以留言告诉我,后面我们再进行详(慢)细(慢)讨(填)论(坑)。