我是一個 .java 文件，名叫 FlashObject.java，叫我小渣就行。
public class FlashObject { private String name; private int age; public String getName() { return name; } public int add(int a, int b) { return a + b; } }
我馬上就要被 JVM 虛擬機老大加載並運行了，此時 老虛 走了過來。
老虛：小渣呀，我馬上就要把你載了，你先瘦身一下，別占太大地方。
小渣：好的，沒問題，等我十秒鍾。
public class FlashObject{private String name;private int age;public int add(int a,int b){return a+b;}
小渣：老虛，我瘦身好了，你看看。
老虛：...，你是不是有病。
小渣：怎么了，我把沒用的空格和回車啥的都去掉了，瘦身了好多呢！
老虛：行吧，看你這智商，我就給你解釋解釋。你現在仍然是個文本文件，讓你瘦身是讓你定一個緊湊的數據結構來表示你這個 Java 文件里的信息，然后告訴我這個數據結構中每個字節都代表什么。
小渣：哦哦，這樣啊。
老虛：對啊，這樣一是方便我去加載，二是我這個虛擬機可不只是為你 Java 語言服務的，還有很多語言最終都可以轉換為我虛擬機識別的，你得設計一個通用的格式。
小渣：嗯嗯，這回我明白啦！
1 類信息
我的類名叫 FlashObject。 先找個地方把它存起來，放開頭吧。
這里的一個小方格是 1 個字節，也就是 8 位。一個英文字母用 ASCII 碼表示為 1 個字節，所以占一個方格，之后不再解釋。
嚴謹的我又想到，這個類應該還有其父類。 雖然這個 .java 文件中沒寫，但也有其默認父類，Object。 當然，我們得記錄下全類名 java/lang/Object 記在哪里呢？就緊跟在類名后面吧。
誒不對，我這個類名呀，父類名呀，都是變長的，這樣緊挨着放，誰知道分界點在哪。 不行不行，得分別在前面加個長度，就用兩字節表示吧。 
除了父類之外，還有接口名呢！雖然我們這個類沒寫，但也得定義出來。 這個接口，和類名以及父類名稍有不同，因為可能有多個。 但這不是事兒，先占用兩個字節，表示接口的數量即可，之后一個一個的接口名仍然像上面那樣緊挨着排布。
嗯，完美。
2 常量池
慢慢地，我發現需要字符串名字的地方越來越多。 除了剛剛的類名、父類名、接口名，還有屬性名、方法名、屬性的類名、方法的入參類型名、返回值類型名，等等等等。 一方面，要是每個都這么展開寫下去，那文件格式會很亂，很多結構都是變長的。 另一方面，很多字符串都是重復的，比如屬性 name 的類名 String，與方法 getName 的返回值類名 String，重復寫兩遍，就浪費了空間。 因此，我決定，之前的方案作廢，設計一個新的結構來統一存儲這些字符串，我給他起名為常量池。
每個字符串都有一個索引與之對應，這個是可以計算出來的，不需要額外的字段。
這樣，剛剛的類、父類、接口，就都可以指向這個索引了，也因此可以將長度固定下來。
當然，現在這個常量池，僅僅存放了字符串。 不難想到，還可能有整型、浮點型的值作為常量，甚至還有可能是個引用類型，然后這個引用類型再次指向常量池中的一個索引，有點像指針的指針。 那這么多類型，必然就還需要一個記錄類型信息的地方，看來我們得將之前的設計改改。
這樣，我們的常量池，就不單單可以存儲簡單的字符串常量了，而是可以根據不同類型，存儲與其相對應的數據結構的值。 當然，我們常量池的整體結構還是不變的，只不過里面是類型豐富的結構。
同樣，我們的整個設計，也沒有因為常量池的小改動，受到影響。
OK，總結一下我們目前的整體方案。 開頭存常量池，之后需要的常量就全往這里放，用一個索引指向它即可。 緊接着存放類本身的相關信息，我們存放了當前類、父類以及接口的信息。 看來老虛要求的瘦身工作，已經初具規模啦。
3 變量
現在類本身的信息，已經找到合適的位置存放起來了，接下來我們存變量。 變量也可能有多個，所以結構依然仿照我們之前的思路，開頭存數量，后面緊跟着各個存放變量的數據結構。
至於變量用什么數據結構來存，是不是定長的，那就是我們接下來要設計的了。 我們把其中一個變量拿出來，看看它有什么？ private String name; 非常清晰，private 這部分是變量的標記，String 是變量類型，name 是變量名字。
先看標記部分
除了 private，還有 public、protected、static、final、volatile、transient 等，有的可以放在一起，比如 public static final String name； 有的不能放在一起，比如 public private String name; //錯誤 我們用位圖的方式，每一個標記用一個位來表示 （比如 public 在第一個位，private 在第二個位，static 在第四個位，final 在第五個位...） ，這樣不論如何排列組合，最終的值都是不一樣的。
我們把這些標記所對應的值，都設計並記錄下來。
| 標記 |
值 |
| public |
0x0001 |
| private |
0x0002 |
| protected |
0x0004 |
| static |
0x0008 |
| final |
0x0010 |
| volatile |
0x0040 |
| transient |
0x0080 |
復合型的標記，就可以表現為將其相加，比如 public static，就是 0x0001 + 0x0008 = 0x0009。 而這樣的賦值方式，不同排列組合后的和沒有重復的，且也能根據值很方便地反推出標記。 不錯不錯，就這樣了。 哦對了，類信息本身也有 public 呀 private 這些標記屬性，剛剛記錄類信息的時候忘了，先加上它，免得一會忘了！ 
再看類型部分
當前類型為 String，屬於一個引用數據類型中的類類型。 private String name; 除此之外，還有八個基本數據類型，和引用類型中的數組類型。 為了占用更少的空間，我們將其用最少的符號來表示。
| 符號表示 |
類型 |
| B |
byte |
| C |
char |
| D |
double |
| F |
float |
| I |
int |
| J |
long |
| S |
short |
| Z |
boolean |
| LClassName ; |
類 |
| [ |
數組 |
這 里的基本數據類型，和數組類型 ，都只占用一個 char 來表示，就只占了 1 個字節。 如果是類，則占用了 L 和 ; 兩個字節，再加上全類名所占的字節數。 比如這里的 String 類型，用符號表示，就是 Ljava/lang/String; 但注意，這里的符號，也都可以存放在常量池中，而我們的變量結構中的類型描述符部分，只需要一個常量池索引即可。
ok，第二部分也搞定了。
再看名字部分
名字部分沒什么好說的，相信你直接能猜到了，直接上圖。
OK，兩字節的標記、兩字節的類型描述符、兩字節的變量名稱，這個就是我們一個變量的數據結構。
把它放到我們最終的總視圖里。
搞定！
4 方法
方法也可能會有很多，我目前只有兩個方法，我們拿 add 方法來分析。
public int add(int a, int b) { return a + b; }
當然更准確地說，我還有個沒寫出來的構造方法。 總之，可能會有很多。 不過有了設計變量的經驗，方法的數據結構很快就有了雛形。
標記部分 ，和變量標記部分的思路一樣，值也差不多，我們也給他們賦上值就好了。
| 標記 |
值 |
| public |
0x0001 |
| private |
0x0002 |
| protected |
0x0004 |
| static |
0x0008 |
| final |
0x0010 |
| volatile |
0x0040 |
| transient |
0x0080 |
| synchronized |
0x0020 |
| native |
0x0100 |
| abstract |
0x0400 |
方法描述符 ，說的是方法的入參與返回值，比如我們的： int add(int a, int b); 入參與返回值的類型符號表示，與上面變量類型的符號表示完全一樣，只不過多了一個 void 類型。
| 符號表示 |
類型 |
| B |
byte |
| C |
char |
| D |
double |
| F |
float |
| I |
int |
| J |
long |
| S |
short |
| Z |
boolean |
| LClassName ; |
類 |
| [ |
數組 |
| V |
void |
由於有多個參數類型，所以要定一個整體的格式，而整個描述符的格式為： ( 參數1類型 參數2類型 ... ) 返回值類型 比如我們的 int add(int a, int b); 就表示為 (II)I 是不是非常精簡了？同樣，這也是個字符串，也可以存儲在常量池里，就不再贅述。 （至於參數 a 和 b 這個名字，不需要保存起來，實際上在轉換的字節碼以及實際虛擬機中運行時，只需要知道局部變量表中的位置即可，叫什么名字都無所謂）
方法名稱 ，我們再熟悉不過了，放常量池！ ok，前三個說完了。最后一個，就有意思了。
代碼、異常、注解等。 可 以看到，有相當多的信息需要記錄。 比如我寫這樣的方法。
@RequestMapping() public String function(String a) throws Exception { return a; }
那就會有代碼部分、異常、注解等需要錄入的信息。 但似乎除了代碼部分之外，其他部分都不是每個方法都有的，如果都定義出來，豈不是浪費空間，那怎么辦呢？ 我們效仿常量池的做法，把這些部分都叫“方法的屬性”，一個方法可能有多個屬性，設計結構如下。
這樣，方法具有哪些屬性，按需添加進來就好，如果不需要這個屬性，也不用浪費空間，完美！ 回過頭看我們的這個方法。
public int add(int a, int b) { return a + b; }
剛剛方法簽名部分已經都解決了，只剩下代碼 return a + b; 這個要怎樣存放呢？ 之前聽老虛說過，JVM 識別的是一種叫字節碼的東西，所以我要把 Java 語言寫出的代碼，轉換為字節碼。 這部分很復雜，就不展開說我的過程了，經過一番努力后，我把這一行簡簡單單的代碼轉換為了字節碼。 1B 1C 60 AC 一共占四個字節。 我把這四個字節，就放在剛剛代碼類型的屬性中。
ok，大功告成。 回過頭，我們將之前的方法部分補充完整。
再將這個結構，添加到我們全局結構中。
完美！
5 class
我把我轉換為了這樣的結構，並帶着這個最終的設計稿，去找了老虛。
老虛：嗯！還真不賴！
小渣：那當然，我可是研究了好久呢。
老虛：不過，我再給你改改，在開頭加些東西把。
小渣：老虛，你這加的是啥呀？
老虛：一看你就沒經驗。 魔數 一般用來識別這個文件的格式，通過文件名后綴的方式不靠譜，一般有格式的文件都會有個魔數的。 后面兩個用來標識一下版本號，不同版本可能數據結構和支持的功能不一樣，這個今后會有用的！
小渣：原來如此，還是你老虛見多識廣。可是你說用來識別這個文件的格式，我這個文件是啥呀？
老虛：你這個破玩意，就叫它 class 文件吧！
FlashObject.class
記
后記
根據 Java 虛擬機規范，Java Virtual Machine Specification Java SE 8 Edition，一個 class 文件的標准結構，是這樣的。
ClassFile { u4 magic; u2 minor_version; u2 major_version; u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }
我們的設計與它幾乎相同。
只有后兩項，我們沒有涉及到，本身也不是重點。
常量池中的類型，有以下幾種。
| Constant Type | Value |
| CONSTANT_Class | 7 |
| CONSTANT_Fieldref | 9 |
| CONSTANT_Methodref | 10 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref | 11 |
| CONSTANT_String | 8 |
| CONSTANT_Integer | 3 |
| CONSTANT_Float | 4 |
| CONSTANT_Long | 5 |
| CONSTANT_Double | 6 |
| CONSTANT_NameAndType | 12 |
| CONSTANT_Utf8 | 1 |
| CONSTANT_MethodHandle | 15 |
| CONSTANT_MethodType | 16 |
| CONSTANT_InvokeDynamic | 18 |
如果想了解 class 文件的全部細節，最好的辦法就是閱讀官方文檔，也就是 Java 虛擬機規范的第四部分。
Chapter 4. The class File Format
這里的鏈接可以直接定位：
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.3.2
不要覺得官方文檔晦澀難懂，這個部分還是非常清晰明了的，大多數博客基本上對格式的講解都缺斤少兩，而且說得也不形象，還不如直接閱讀官方文檔呢。
還有一個好的方式，就是直接觀察 class 文件的二進制結構解析，這里推薦一個工具
classpy
用這個工具打開一個 class 文件，是這個樣子。
左邊解析好的樹型結構，可以直接和右邊的 class 文件的二進制內容相對應，非常好用。
最后，希望大家找時間用這個工具分析一個復雜的 class 文件，會很有幫助的。祝大家學會 class 文件。