Java 字節碼文件（.class）的組成詳解

文章目錄

    • 基礎信息
    • 常量池
    • 字段
    • 方法
    • 屬性
    • 字節碼文件內容說明案例
      • 文件基本信息
      • 類的基本信息
      • 常量池
      • 字段信息
      • 構造方法
      • 實例方法
      • 主方法
      • 源文件信息

字節碼文件由五部分組成，分別是基礎信息、常量池、字段、方法、屬性。

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();}}

以下將以上述內容為案例，說明字節碼文件的五部分內容。

基礎信息

基礎信息中包含魔數、字節碼文件對應的 Java 版本號、訪問標識（public、final 等等）及父類和接口。

  • 魔數：魔數用于標識當前文件是 java 語言的字節碼文件（.class），其固定值為 0xCAFEBABE。
  • 主/次版本號：主/次版本號確定當前字節碼文件對應的 JDK 版本號，用于判斷當前字節碼文件的版本與運行該字節碼文件的 JDK 的版本是否兼容。其中，主版本號用來標識大版本號，例如 JDK1.0-1.1 使用了 45.0-45.3，JDK1.2 是 46 之后每升級一個大版本就加 1；副版本號是當主版本號相同時作為區分不同版本的標識，一般只需要關心主版本號。

使用 jclasslib 打開 Main.class 查看一般信息：

在這里插入圖片描述

常量池

常量池中保存字符串常量、類或接口名、字段名，這些內容主要在字節碼指令中使用。常量池可以避免內容重復定義，減小 .class 文件的大小，從而達到節省空間的目的。

例如，使用 jclasslib 打開 Main.class 查看常量池中 String 類型的常量發現只有 3 個：

在這里插入圖片描述

打開這 3 個常量信息，發現它們的值分別是 helloworld、hello 和 world：

在這里插入圖片描述

String 類型的常量只有 3 個而不是 5 個的原因是成員變量 HELLO、HELLO2 與 hello 都指向常量池中的同一個值 hello。

需要注意的是，類實現的接口信息也存放于常量池中：

在這里插入圖片描述

字段

字段中包含當前類或接口聲明的字段信息。

使用 jclasslib 打開 Main.class 可以查看定義了 4 個字段信息：

在這里插入圖片描述

而其中 3 個指向了常量池中的同一個值為 hello 的地址：

在這里插入圖片描述

即上文提到的常量池避免內容重復定義。

方法

方法中包含當前類或接口聲明的方法信息。

使用 jclasslib 打開 Main.class 查看方法信息：

在這里插入圖片描述

屬性

屬性中包含類的屬性，比如源碼的文件名、內部類的列表等。

使用 jclasslib 打開 Main.class 查看屬性信息：

在這里插入圖片描述

字節碼文件內容說明案例

以上述 Main.java 編譯后的字節碼文件 Main.class 為例，通過 javap -v Main.class > Main.class.txt 得到 Main.class.txt。

Main.class.txt 內容如下：

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 的各個組成部分的詳細解釋如下。

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：指定了字節碼文件的路徑。
  • Last modified：文件的最后修改時間。
  • size：文件的大小，單位是字節。
  • MD5 checksum：文件的 MD5 校驗和，用于驗證文件的完整性。
  • Compiled from：該字節碼文件是由哪個 Java 源文件編譯而來的。

類的基本信息

public class Main implements InterfaceAminor version: 0major version: 52flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  • public class Main implements InterfaceA：聲明了一個公共類 Main，該類實現了接口 InterfaceA。
  • minor version：次要版本號，這里是 0。
  • major version：主要版本號，52 對應 Java 8。
  • flags：類的訪問標志，ACC_PUBLIC 表示該類是公共的，ACC_SUPER 是一個歷史遺留標志，現代 Java 編譯器都會設置這個標志。

常量池

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

常量池是字節碼文件的重要組成部分，它包含了類、方法、字段等的符號引用和字面量。每個常量都有一個唯一的索引，通過這些索引可以在字節碼中引用常量。例如，#1 是一個方法引用，指向 java/lang/Object 類的構造方法。

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;...

聲明了幾個公共靜態常量字段，如 HELLO、WORLD 等。

  • descriptor：字段的類型描述符，Ljava/lang/String; 表示該字段是 String 類型。
  • flags：字段的訪問標志，ACC_PUBLIC 表示公共的，ACC_STATIC 表示靜態的，ACC_FINAL 表示常量。
  • ConstantValue：常量字段的值，這里 HELLO 的值是 "hello"。

構造方法

  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()：公共的無參構造方法。
  • descriptor：方法的描述符，()V 表示該方法沒有參數，返回值為 void。
  • flags：方法的訪問標志，ACC_PUBLIC 表示公共的。
  • Code：方法的字節碼指令，這里調用了父類 Object 的構造方法。
  • LineNumberTable：行號表，用于將字節碼指令與源文件的行號對應起來。
  • LocalVariableTable：局部變量表，記錄了方法中局部變量的信息，這里 this 是 Main 類的實例。

實例方法

  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()：公共的實例方法，沒有參數，返回值為 void。
  • Code：方法的字節碼指令，這里將字符串 "helloworld" 壓入棧，然后調用 System.out.println 方法打印該字符串。
  • LineNumberTable：行號表，將字節碼指令與源文件的行號對應。
  • LocalVariableTable：局部變量表，記錄了方法中局部變量的信息，this 是 Main 類的實例，all 是存儲 "helloworld" 的局部變量。

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：方法的字節碼指令，這里創建了一個 Main 類的實例，然后調用該實例的 methodA 方法。
  • LineNumberTable：行號表，將字節碼指令與源文件的行號對應。
  • LocalVariableTable：局部變量表，記錄了方法中局部變量的信息，args 是命令行參數數組，main 是 Main 類的實例。

源文件信息

SourceFile: "Main.java"

指定了該字節碼文件對應的源文件名稱。

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