编译成字节码（.class 文件）
使用 javac 命令将源代码编译为 Java 字节码（bytecode）
它不是机器码，而是 JVM 能理解的中间语言（字节码），具有平台无关性。
编译过程简要：
- 词法分析：将字符序列转换为标记（token）。
- 语法分析：构建抽象语法树（AST）。
- 语义分析：检查类型、变量是否合法。
- 生成字节码：将 AST 转换为
.class文件中的字节码指令。
类加载（Class Loading）
当你运行程序时，JVM 启动并开始加载所需的类：
JVM 使用 类加载器（ClassLoader） 来加载 .class 文件。类加载包括以下步骤：
- 加载（Loading）：查找并导入类的
.class文件。 - 验证（Verification）：确保字节码是安全且符合规范的。
- 准备（Preparation）：为类变量分配内存，并设置默认初始值。
- 解析（Resolution）（可选延迟）：将符号引用替换为直接引用。
- 初始化（Initialization）：执行类构造器
<clinit>方法（静态变量赋值和静态代码块）。
执行字节码（Execution Engine）
Java 字节码由 JVM 的执行引擎来执行。具体方式有三种：
1. 解释执行（Interpretation）
JVM 逐条解释字节码并执行，速度较慢但跨平台兼容性强。
2. 即时编译（JIT Compilation）
热点代码（频繁执行的代码）会被 JIT 编译器动态编译为本地机器码，提升性能。
3. 本地方法调用（Native Method）
某些操作（如 I/O、线程）通过调用操作系统原生库实现。
垃圾回收（Garbage Collection）
在程序运行期间，JVM 自动管理内存，GC 会定期回收不再使用的对象，释放内存资源。
程序终止
当 main() 方法执行完毕，或者遇到异常、系统退出等，JVM 关闭，程序结束。
总结流程图
Java源代码 (.java)↓ 编译 (javac)
字节码文件 (.class)↓ 运行 (java)
类加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化↓
执行引擎（解释 + JIT 编译）↓
垃圾回收 & 程序终止
.class 文件整体结构（以字节为单位）
| 项 | 类型 | 数量 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 魔数（magic） | u4 | 1 | 固定值 0xCAFEBABE，标识这是 Java class 文件 |
| 次版本号（minor_version） | u2 | 1 | 次版本号 |
| 主版本号（major_version） | u2 | 1 | 主版本号，如 52 表示 JDK 8 |
| 常量池计数器（constant_pool_count） | u2 | 1 | 常量池项数量（从 1 开始编号） |
| 常量池（constant_pool） | cp_info[] | constant_pool_count - 1 | 存储各种常量（字符串、类名、字段名等） |
| 访问标志（access_flags） | u2 | 1 | 类的访问权限（public、abstract 等） |
| 类索引（this_class） | u2 | 1 | 当前类的常量池索引 |
| 超类索引（super_class） | u2 | 1 | 父类的常量池索引 |
| 接口计数器（interfaces_count） | u2 | 1 | 实现的接口数量 |
| 接口表（interfaces） | u2[] | interfaces_count | 接口的常量池索引数组 |
| 字段计数器（fields_count） | u2 | 1 | 字段数量 |
| 字段表（fields） | field_info[] | fields_count | 字段的详细信息 |
| 方法计数器（methods_count） | u2 | 1 | 方法数量 |
| 方法表（methods） | method_info[] | methods_count | 方法的详细信息 |
| 属性计数器（attributes_count） | u2 | 1 | 属性数量 |
| 属性表（attributes） | attribute_info[] | attributes_count | 属性信息（如 SourceFile、Code 等） |
各部分详解
1. 魔数（Magic Number）
- 固定值：
0xCAFEBABE - 用于识别是否是合法的 class 文件。
2. 版本号（Version）
minor_version+major_version- 常见主版本号对应：
- JDK 1.1: 45
- JDK 1.2: 46
- ...
- JDK 8: 52
- JDK 17: 61
3. 常量池（Constant Pool）
- 是
.class文件中最复杂也最重要的结构之一。 - 包含多种类型的常量，例如：
- 类名、字段名、方法名
- 字符串常量
- 方法引用、字段引用
- UTF-8 字符串等
常量池中的每一项都有一个 tag 字段表示类型，比如：
CONSTANT_Utf8(1)CONSTANT_Class(7)CONSTANT_Fieldref(9)CONSTANT_Methodref(10)- ...
4. 访问标志（Access Flags）
- 标识该类是 public、final、interface、abstract 等。
5. 类索引、超类索引、接口表
- 通过常量池索引来引用当前类、父类和实现的接口。
6. 字段表（Fields）
- 描述类中声明的变量（包括静态变量、实例变量等）。
- 每个字段包含：
- 名称索引
- 描述符索引（描述字段类型）
- 属性表（如 ConstantValue、Synthetic 等）
7. 方法表（Methods）
- 描述类中声明的方法。
- 每个方法包含：
- 名称索引
- 描述符索引（参数和返回值类型）
- 属性表（如 Code、Exceptions、LineNumberTable 等）
方法体（Code 属性）
- 在方法的属性表中，
Code属性是最核心的部分，它包含：- 操作数栈最大深度
- 局部变量表大小
- 字节码指令（bytecodes）
- 异常处理表
- 其他调试信息（如行号表）
8. 属性表（Attributes）
- 用于扩展 class 文件的附加信息。
- 常见属性有：
Code：方法的字节码SourceFile：记录源文件名LineNumberTable：源码与字节码的行号映射LocalVariableTable：局部变量表信息Exceptions：方法抛出的异常列表BootstrapMethods：用于动态语言支持（如 Lambda 表达式）
示例解析（简单 Hello.class）
假设我们有如下 Java 源码：
public class Hello {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello World");}
}编译后生成的 Hello.class 文件结构大致如下：
magic: CAFE BABE
minor_version: 0
major_version: 52 (JDK 8)
constant_pool: [各种符号引用]
access_flags: 0x0031 (public final super)
this_class: #5 => "Hello"
super_class: #6 => "java/lang/Object"
interfaces: none
fields: none
methods:- main: descriptor ([Ljava/lang/String;)V, flags: public staticattributes:- Code:max_stack: 2max_locals: 1code_length: 10code:0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;3: ldc #3 // String Hello World5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V8: returnexception_table: emptyattributes: LineNumberTable, LocalVariableTable查看 .class 文件内容的工具
你可以使用以下工具来查看 .class 文件的内容：
1. javap 反汇编工具（JDK 自带）
javap -c -verbose Hello.class-c：显示字节码指令-verbose：显示更详细的结构信息（包括常量池、属性等）
2. 二进制编辑器（如 Hex Editor）
- 可查看原始的十六进制数据。
- 如：WinHex、HxD、xxd 等。
3. ASM、ByteBuddy、Javassist 等字节码操作库
- 可用于分析、修改
.class文件内容，常用于 AOP、性能监控、热修复等高级场景。
