Java 字节码文件（.class）的组成详解

文章目录

    • 基础信息
    • 常量池
    • 字段
    • 方法
    • 属性
    • 字节码文件内容说明案例
      • 文件基本信息
      • 类的基本信息
      • 常量池
      • 字段信息
      • 构造方法
      • 实例方法
      • 主方法
      • 源文件信息

字节码文件由五部分组成，分别是基础信息、常量池、字段、方法、属性。

案例：

public class Main implements InterfaceA {public static final String HELLO = "hello";public static final String WORLD = "world";public static final String HELLO2 = "hello";public static final String hello = "hello";public void methodA() {String all = HELLO + WORLD;System.out.println(all);}public static void main(String[] args) {Main main = new Main();main.methodA();}}

以下将以上述内容为案例，说明字节码文件的五部分内容。

基础信息

基础信息中包含魔数、字节码文件对应的 Java 版本号、访问标识（public、final 等等）及父类和接口。

  • 魔数：魔数用于标识当前文件是 java 语言的字节码文件（.class），其固定值为 0xCAFEBABE。
  • 主/次版本号：主/次版本号确定当前字节码文件对应的 JDK 版本号，用于判断当前字节码文件的版本与运行该字节码文件的 JDK 的版本是否兼容。其中，主版本号用来标识大版本号，例如 JDK1.0-1.1 使用了 45.0-45.3，JDK1.2 是 46 之后每升级一个大版本就加 1；副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号。

使用 jclasslib 打开 Main.class 查看一般信息：

在这里插入图片描述

常量池

常量池中保存字符串常量、类或接口名、字段名，这些内容主要在字节码指令中使用。常量池可以避免内容重复定义，减小 .class 文件的大小，从而达到节省空间的目的。

例如，使用 jclasslib 打开 Main.class 查看常量池中 String 类型的常量发现只有 3 个：

在这里插入图片描述

打开这 3 个常量信息，发现它们的值分别是 helloworld、hello 和 world：

在这里插入图片描述

String 类型的常量只有 3 个而不是 5 个的原因是成员变量 HELLO、HELLO2 与 hello 都指向常量池中的同一个值 hello。

需要注意的是，类实现的接口信息也存放于常量池中：

在这里插入图片描述

字段

字段中包含当前类或接口声明的字段信息。

使用 jclasslib 打开 Main.class 可以查看定义了 4 个字段信息：

在这里插入图片描述

而其中 3 个指向了常量池中的同一个值为 hello 的地址：

在这里插入图片描述

即上文提到的常量池避免内容重复定义。

方法

方法中包含当前类或接口声明的方法信息。

使用 jclasslib 打开 Main.class 查看方法信息：

在这里插入图片描述

属性

属性中包含类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等。

使用 jclasslib 打开 Main.class 查看属性信息：

在这里插入图片描述

字节码文件内容说明案例

以上述 Main.java 编译后的字节码文件 Main.class 为例，通过 javap -v Main.class > Main.class.txt 得到 Main.class.txt。

Main.class.txt 内容如下：

Classfile /home/wftapp/test/Main.classLast modified Aug 6, 2025; size 814 bytesMD5 checksum ccde33e85e9b2fe106990c9f5c38f6bcCompiled from "Main.java"
public class Main implements InterfaceAminor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:#1 = Methodref          #8.#33         // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Class              #34            // Main#3 = String             #35            // helloworld#4 = Fieldref           #36.#37        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;#5 = Methodref          #38.#39        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V#6 = Methodref          #2.#33         // Main."<init>":()V#7 = Methodref          #2.#40         // Main.methodA:()V#8 = Class              #41            // java/lang/Object#9 = Class              #42            // InterfaceA#10 = Utf8               HELLO#11 = Utf8               Ljava/lang/String;#12 = Utf8               ConstantValue#13 = String             #17            // hello#14 = Utf8               WORLD#15 = String             #43            // world#16 = Utf8               HELLO2#17 = Utf8               hello#18 = Utf8               <init>#19 = Utf8               ()V#20 = Utf8               Code#21 = Utf8               LineNumberTable#22 = Utf8               LocalVariableTable#23 = Utf8               this#24 = Utf8               LMain;#25 = Utf8               methodA#26 = Utf8               all#27 = Utf8               main#28 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V#29 = Utf8               args#30 = Utf8               [Ljava/lang/String;#31 = Utf8               SourceFile#32 = Utf8               Main.java#33 = NameAndType        #18:#19        // "<init>":()V#34 = Utf8               Main#35 = Utf8               helloworld#36 = Class              #44            // java/lang/System#37 = NameAndType        #45:#46        // out:Ljava/io/PrintStream;#38 = Class              #47            // java/io/PrintStream#39 = NameAndType        #48:#49        // println:(Ljava/lang/String;)V#40 = NameAndType        #25:#19        // methodA:()V#41 = Utf8               java/lang/Object#42 = Utf8               InterfaceA#43 = Utf8               world#44 = Utf8               java/lang/System#45 = Utf8               out#46 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;#47 = Utf8               java/io/PrintStream#48 = Utf8               println#49 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{public static final java.lang.String HELLO;descriptor: Ljava/lang/String;flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINALConstantValue: String hellopublic static final java.lang.String WORLD;descriptor: Ljava/lang/String;flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINALConstantValue: String worldpublic static final java.lang.String HELLO2;descriptor: Ljava/lang/String;flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINALConstantValue: String hellopublic static final java.lang.String hello;descriptor: Ljava/lang/String;flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINALConstantValue: String hellopublic Main();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 1: 0LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0       5     0  this   LMain;public void methodA();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=2, locals=2, args_size=10: ldc           #3                  // String helloworld2: astore_13: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;6: aload_17: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V10: returnLineNumberTable:line 12: 0line 13: 3line 14: 10LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0      11     0  this   LMain;3       8     1   all   Ljava/lang/String;public static void main(java.lang.String[]);descriptor: ([Ljava/lang/String;)Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=2, args_size=10: new           #2                  // class Main3: dup4: invokespecial #6                  // Method "<init>":()V7: astore_18: aload_19: invokevirtual #7                  // Method methodA:()V12: returnLineNumberTable:line 17: 0line 18: 8line 19: 12LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0      13     0  args   [Ljava/lang/String;8       5     1  main   LMain;
}
SourceFile: "Main.java"

Main.class.txt 的各个组成部分的详细解释如下。

文件基本信息

Classfile /home/wftapp/test/Main.classLast modified Aug 6, 2025; size 814 bytesMD5 checksum ccde33e85e9b2fe106990c9f5c38f6bcCompiled from "Main.java"
  • Classfile：指定了字节码文件的路径。
  • Last modified：文件的最后修改时间。
  • size：文件的大小，单位是字节。
  • MD5 checksum：文件的 MD5 校验和，用于验证文件的完整性。
  • Compiled from：该字节码文件是由哪个 Java 源文件编译而来的。

类的基本信息

public class Main implements InterfaceAminor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  • public class Main implements InterfaceA：声明了一个公共类 Main，该类实现了接口 InterfaceA。
  • minor version：次要版本号，这里是 0。
  • major version：主要版本号，52 对应 Java 8。
  • flags：类的访问标志，ACC_PUBLIC 表示该类是公共的，ACC_SUPER 是一个历史遗留标志，现代 Java 编译器都会设置这个标志。

常量池

Constant pool:#1 = Methodref          #8.#33         // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Class              #34            // Main#3 = String             #35            // helloworld...

常量池是字节码文件的重要组成部分，它包含了类、方法、字段等的符号引用和字面量。每个常量都有一个唯一的索引，通过这些索引可以在字节码中引用常量。例如，#1 是一个方法引用，指向 java/lang/Object 类的构造方法。

字段信息

{public static final java.lang.String HELLO;descriptor: Ljava/lang/String;flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINALConstantValue: String hellopublic static final java.lang.String WORLD;...

声明了几个公共静态常量字段，如 HELLO、WORLD 等。

  • descriptor：字段的类型描述符，Ljava/lang/String; 表示该字段是 String 类型。
  • flags：字段的访问标志，ACC_PUBLIC 表示公共的，ACC_STATIC 表示静态的，ACC_FINAL 表示常量。
  • ConstantValue：常量字段的值，这里 HELLO 的值是 "hello"。

构造方法

  public Main();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10: aload_01: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 1: 0LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0       5     0  this   LMain;
  • public Main()：公共的无参构造方法。
  • descriptor：方法的描述符，()V 表示该方法没有参数，返回值为 void。
  • flags：方法的访问标志，ACC_PUBLIC 表示公共的。
  • Code：方法的字节码指令，这里调用了父类 Object 的构造方法。
  • LineNumberTable：行号表，用于将字节码指令与源文件的行号对应起来。
  • LocalVariableTable：局部变量表，记录了方法中局部变量的信息，这里 this 是 Main 类的实例。

实例方法

  public void methodA();descriptor: ()Vflags: ACC_PUBLICCode:stack=2, locals=2, args_size=10: ldc           #3                  // String helloworld2: astore_13: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;6: aload_17: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V10: returnLineNumberTable:line 12: 0line 13: 3line 14: 10LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0      11     0  this   LMain;3       8     1   all   Ljava/lang/String;
  • public void methodA()：公共的实例方法，没有参数，返回值为 void。
  • Code：方法的字节码指令，这里将字符串 "helloworld" 压入栈，然后调用 System.out.println 方法打印该字符串。
  • LineNumberTable：行号表，将字节码指令与源文件的行号对应。
  • LocalVariableTable：局部变量表，记录了方法中局部变量的信息，this 是 Main 类的实例，all 是存储 "helloworld" 的局部变量。

主方法

  public static void main(java.lang.String[]);descriptor: ([Ljava/lang/String;)Vflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=2, args_size=10: new           #2                  // class Main3: dup4: invokespecial #6                  // Method "<init>":()V7: astore_18: aload_19: invokevirtual #7                  // Method methodA:()V12: returnLineNumberTable:line 17: 0line 18: 8line 19: 12LocalVariableTable:Start  Length  Slot  Name   Signature0      13     0  args   [Ljava/lang/String;8       5     1  main   LMain;
  • public static void main(java.lang.String[])：Java 程序的入口方法。
  • Code：方法的字节码指令，这里创建了一个 Main 类的实例，然后调用该实例的 methodA 方法。
  • LineNumberTable：行号表，将字节码指令与源文件的行号对应。
  • LocalVariableTable：局部变量表，记录了方法中局部变量的信息，args 是命令行参数数组，main 是 Main 类的实例。

源文件信息

SourceFile: "Main.java"

指定了该字节码文件对应的源文件名称。

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