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클래스 파일​

자바 소스코드가 실행이 되려면 자바 컴파일러(javac)를 통해 소스코드를 클래스파일로 변환해야 한다.
컴파일된 클래스파일은 어떤 구조로 되어있을까?

클래스 파일의 데이터 형식​

8비트 바이트의 스트림으로 구성된다.
16비트 및 32비트의 데이터는 각각 2개, 4개의 연속된 8비트를 읽어서 구성된다.
멀티바이트의 경우 항상 big endian 순서로 저장된다.

u1 → unsigned 1byte
u2 → unsigned 2byte
u4 → unsigned 4byte

클래스 파일 구조​

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];
}

매직넘버​

모든 클래스 파일은 0xCAFEBABE라는 매직넘버로 시작한다.
보통 매직넘버는 파일 종류를 식별하는 용도로 사용된다.

클래스 파일 포맷 버전​

클래스 파일 버전 값은 클래스로더의 호환성 보장을 위해 꼭 필요한 값이다.

• Java 17 버전으로 빌드한다면 class version 61 ex) 00 00 00 3D

호환되지 않는 버전의 클래스 파일을 로딩하려고 하는 경우 런타임에 UnsupportedClassVersionError 예외가 발생한다.

class file format major versions

상수 풀​

2바이트의 상수의 개수값이 먼저오고 그 뒤로 코드에 등장하는 상수값이 모여있다.
클래스명, 상수명, 상수 값, 필드명, 메서드명과 같은 값들이 존재한다.
JVM은 코드 실행 시 런타임에 배치된 메모리가 아니라, 해당 상수 풀 테이블을 찾아보고 필요한 값을 참조한다.

액세스 플래그​

클래스, 인터페이스와 같은 파일의 속성을 표시한다.
예를 들어 public interface로 정의된 인터페이스의 플래그는 0x0601이다.

• 계산은 다음과 같이 이루어진다. ACC_PUBLIC xor ACC_INTERFACE xor ACC_ABSTRACT

공식문서에 들어가면 각 플래그에 대한 설명 + 플래그 설정시 동시에 설정되면 안되는 플래그와 같은 설명이 자세하게 나와있다.

Class access and property modifiers

this_class​

클래스명과 같은 이름을 표현하는 값으로, 상수 풀에서 클래스명과 일치하는 항목의 인덱스를 참조한다.
해당 인덱스의 항목은 CONSTANT_Class_infoclass 형식의 값이어야 한다.

super_class​

상수 풀에서 슈퍼 클래스의 이름과 일치하는 항목의 인덱스를 참조한다.
아무것도 상속하지 않는 클래스의 경우 java.lang.Object의 인덱스 값이 들어있다.

interface, field, method​

각각의 개수와, 정보에 대한 값이 들어있다.
interface, field, method를 표시하는 방법이 각각 다르고, 접근자에 대한 플래그도 각각 다르다.

attributes​

해당 클래스 파일에서 사용하는 추가 정보의 모음이다. 예) 소스파일명
정해진 클래스 파일의 구조를 확장하는 역할을 한다.

클래스 파일 확인하면서 사용한 툴​

IntelliJ plugin - BinEd
IntelliJ plugin - jclasslib Bytecode Viewer

참고 자료​

2장 JVM 이야기, 자바 최적화
Class file in Java, File Format
java se11 Class 파일 형식, Oracle
java se17 Class 파일 형식, Oracle