概述
实现语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。Java 虚拟机不和包括 Java 在内的任何语言绑定，它只与“ Class 文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class 文件中包含了 Java 虚拟机指令集和符号以及若干其他辅助的信息。
Java 语言中的各种变量、关键字和运算符的语义最终都是由多条字节码命令组合而成的，因此字节码命令所能提供的语义描述能力肯定比会被 Java 语言本身更加强大。
Class 类文件的结构
任何一个 Class 文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息，但反过来说，类或接口并不一定都得定义在文件里（比如类或接口可以通过类加载器直接生成）Class 文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在 Class 文件之中，中间没有添加任何分隔符，没有空隙存在。
Class 文件格式采用一种类似于 C 语言结构体的伪结构来存储数据，这种伪数据结构只有两种数据类型：无符号数和表。
无符号数
无符号数属于基本的数据类型，以
u1，u2，u4，u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字，索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值。表
表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合型数据类型，所有表都习惯性地以“
_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合型数据结构的数据，整个Class文件本质上就是一张表。
无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时称这一系列连续的某一类型数据为某一类型的集合。
魔数与 Class 文件的版本
每个 Class 文件的头 4 个字节称为魔数（Magic Number），它的唯一作用就是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的 Class 文件。
Class 文件的魔数值是：0xCAFEBABE（咖啡宝贝？）。紧接着魔数的 4 个字节是 Class 文件的版本号：第五和第六个字节是次版本号，第七和第八识主版本号，Java 的版本号是从 45 开始的。
常量池
紧接着主次版本号之后的是常量池入口，常量池可以理解为 Class 文件之中的资源仓库，它是 Class 文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用 Class 文件空间最大的数据项目之一，同时它还是 Class 文件中第一出现的表类型数据项目。
由于常量池中常量的数量是不固定的，所以需要在常量池的入口放置一项 u2 类型的数据，代表常量池容量计数值，与Java 中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从 1 开始而不是从 0 开始。
常量池中主要存放两大类常量：
字面量
- 字面量比较接近于
Java语言层面的常量概念，比如文本字符串、声明为final的常量值等。
符号引用
- 而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括下面三类常量。
- 类和接口的全限定名
- 字段的名称和描述符
- 方法的名称和描述符
Java 代码在进行 Javac 编译的时候，并不像 C 和 C++ 那样有连接这一步骤，而是在虚拟机加载 Class 文件的时候进行动态链接，也就是说，在 Class 文件中不会保存各个方法字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存地址，也就无法直接被虚拟机使用，当虚拟机运行时，需要从常量池中获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。
常量池中的每一项都是一张表，目前总共有 14 种常量类型，这 14 常量类型所代表的具体含义如下表所示：
| 常量池中数据项类型 | 类型标志 | 类型描述 |
|---|---|---|
| CONSTANT_Utf8 | 1 | UTF-8编码的Unicode字符串 |
| CONSTANT_Integer | 3 | int类型字面值 |
| CONSTANT_Float | 4 | float类型字面值 |
| CONSTANT_Long | 5 | long类型字面值 |
| CONSTANT_Double | 6 | double类型字面值 |
| CONSTANT_Class | 7 | 对一个类或接口的符号引用 |
| CONSTANT_String | 8 | String类型字面值 |
| CONSTANT_Fieldref | 9 | 对一个字段的符号引用 |
| CONSTANT_Methodref | 10 | 对一个类中声明的方法的符号引用 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref | 11 | 对一个接口中声明的方法的符号引用 |
| CONSTANT_NameAndType | 12 | 对一个字段或方法的部分符号引用 |
访问标志
在常量池结束之后，紧接着的两个字节代表访问标志（access_flags），这个标志用于标识一些类或者接口层次的访问信息。包括：这个 Class 是类还是接口，是否定义为 public；是否定位为 abstract 类型，如果是类的话是否被声明为 final 等。
类索引、父类索引与接口索引集合
类索引（this_class）和父类索引（super_class）都是一个 u2 类型的数据，而接口索引（interfaces）是一组 u2 类型的数据的集合。Class 文件中由这三项数据来确定这个类的继承关系。类索引用于确认这个类的全限定名，父类索引用于确定这个类的父类的全限定名，由于 Java 语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了 Object 之外，所有的类都有父类。
类索引、父类索引、接口集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引用两个 u2 类型的索引值表示，他们各自指向一个类型为 CONSTANT_CLASS_info 的类描述符常量。
字段表集合
字段表（field_info）用于描述接口或者类中声明的变量。字段（field）包括类级别变量以及实例级别变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。我们可以想象一下在 Java 中描述一个字段可以包含什么信息？可以包含的信息有:字段的作用域、是实例变量还是类变量（static 修饰），可变性（final），并发可见性（volatile），可否被序列化，字段数据类型等。
方法表集合
Class 文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，包括了访问标志、名称索引、描述符索引、属性表集合几项。
属性表集合
在 Class 文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合，以用来描述某些场景专有的信息。
字节码指令操作
字节码指令
Java 虚拟机的指令是由一个字节长度、代表着某种特定操作含义的数字（称为操作码，Opcode）以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数而构成，由于Java虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的架构，所以大多数的指令都不包含操作数，只有一个操作码。
字节码与数据类型
在 Java 虚拟机的指令集中，大多数的指令都包含了其操作所对应的数据类型信息。例如 iload 指令用于从局部变量表中加载 int 类型的数据到操作数栈中，而 fload 用于加载 float 类型的数据了。对于大部分与数据类型相关的字节码指令，他们的操作码助记符中都有特殊的字符来表明专门为哪种数据类型服务：l 代表 long，s 代表 short，b 代表 byte，c 代表 char，f 代表 float，d 代表 double，a 代表 reference。
加载和存储指令
加载和存储指令用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输。
存储数据的操作数栈和局部变量表主要就是由加载和存储指令进行操作，除此之外还有少量指令，如访问对象的字段或数组元素的指令也会想操作数栈传输数据。
运算指令
运算或算数指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定的运算，并把结果重新存入到操作数栈顶。大体运算指令可以分为两种：对整型数据进行运算的指令与对浮点型数据进行运算的指令。
无论是哪种算数指令，都使用 Java 虚拟机的数据类型，由于没有直接支持 byte、short、char、boolean 类型的算数指令，对于这些类型数据的运算，应使用操作 int 类型的指令代替。
对象创建与访问指令
虽然类实例和数组都是对象，但 Java 虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令。对象的创建指令如下：
- 创建类实力的指令：
new - 创建数组的指令：
newarray、anewarray、multianewarray - 访问类字段和实例字段：
getfield、putfield、getstatic、putstatic - 把一个数组元素加载到操作数栈的指令：
baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload - 将一个操作数栈的值存储到数组中的指令:
bastotr、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore - 取数组长度的指令：
arraylenght - 检查类实例的指令：
instanceof、checkcast
操作数栈管理指令
如同操作一个普通数据结构中的堆栈那样，Java 虚拟机提供了一些用于直接操作操作数栈的指令。
控制转移指令
控制转移之类可以让 Java 虚拟机有条件或无条件的从指定的位置指令而不是控制转移之类的下一条指令继续执行程序，从概念模型上理解，可以认为控制转移指令就是在有条件或无条件地修改 PC 寄存器的值：
- 条件分支
- 符合条件分支
- 无条件分支
方法调用和返回指令
方法调用指令与数据类型无关，而方法返回指令是根据返回值的类型区分的，包括 ireturtn 和 arrturn。
除了上述一些指令外，还有异常处理指令、同步指令，这里就不再多说。
