1. 概述
计算机只认识0和1，所以我们写的程序需要经过编译器翻译成0和1构成的二进制格式才能由计算机执行，现在越来越多的程序语言选择了与操作系统和机器指令集无关的、平台中立的格式作为程序编译后的存储格式。各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式--字节码，是构成平台无关性的基石。同时Java虚拟机也在发展语言无关性，目前java虚拟机之上可以运行的语言有：Clojure、Groovy、JRuby、Jython和Scala等。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，它只和“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表以及若干辅助信息。Class文件是java虚拟机执行引擎的数据入口。
2.Class类文件的结构
Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流。Class文件只有2种数据类型：无符号数和表。
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编码构成的字符串值。
表是由多个无符号数或者其它表作为数据项构成的复合数据类型。
(1) 魔数与Class文件的版本
每个Class文件的头4个字节成为魔数，它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号，第5和第6个字节是次版本号，第7和第8个字节是主版本号。
(2) 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。常量池中主要存放两大类常亮：字面量和符号引用。符号引用包括：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连接。即在Class文件中不会保存各个方法、字段的最后只能够内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转化的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行的时候，需要从常量池获得对应得符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址中。
(3) 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，这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是借口；是否定义为public类型；是否定义为abstract；如果是类的话，是否声明为final等。
(4) 类索引、父类索引与接口索引集合
(5) 字段表集合
字段表用于描述接口或者类中声明的变量，字段包括类级变量和实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。字段包含的信息：字段的作用于（public等）、实例变量还是类变量（static）、可变性（final）字段数据类型（基本数据类型、数组、对象）、字段名称。
(6) 方法表集合
方法表的结构如同字段表一样，包括访问标志、名称索引、描述符索引和属性表集合。方法里的java代码，经过编译器编译成字节码指令后，存放在方法属性集合中的一个名为“Code”的属性里面。
(7) 属性表集合
a. Code属性
java程序方法体中代码经过javac编译器处理之后，最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合之中。
b. Exception属性
Exception属性是在方法表中与Code属性平级的一项属性。Exception属性的作用是列举出方法中可能抛出的受查异常。
c. LineNumberTable属性
LineNumberTable属性用于描述java源码行号与字节码行号之间的对应关系。如果选择不生成此属性，那么当异常抛出时，堆栈中将不会显示出错的行号。line_number_info表前者是字节码行号，后者是java源码行号。
d. LocalVariableTable属性
LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表中的变量与java源码中定义的变量之间的关系。
e. SourceFile属性
SourceFile属性用于记录生成生成的这个Class文件的源码文件名称。
f. ConstantValue属性
ConstantValue属性的作用为通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量（类变量）才可以使用这项属性。
g. InnerClasses属性、
InnerClasses属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那么编译器将会为它以及它所包含的内部类生成InnerClass属性。
3. 字节码指令
java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数而构成。java虚拟机的共同存储格式：Class文件格式以及字节码指令集。
(1) 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fload指令加载的则是float类型的数据。
(2) 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的来回传输。具体操作包括将一个局部变量加载到操作帧、将一个数值从操作数栈存储到局部变量表、将一个常量加载到操作数栈。
(3) 运算指令
运算或算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并将结果重新存储到操作数栈。
(4) 类型转换指令
类型转换指令可以将两种不同的数值类进行相互转换，一般用于显示转换。
(5) 对象创建与访问指令
对象创建后，就可以通过对象访问指令获取对象实例或者数组实例中的字段或者数组类型。
(6) 操作数栈管理指令
java虚拟机提供了一些用于直接操作操作数栈的指令
(7) 控制转移指令
控制转移指令可以让java虚拟机有条件或者无条件的从指定的位置指令而不是控制转移指令的下一条指令继续执行程序。
(8) 方法调用和返回指令
(9) 异常处理指令
(10) 同步指令
Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部的一段指令序列的同步。
来源：https://www.cnblogs.com/leeyuxin/p/10517257.html