[JVM 밑바닥까지 파헤치기] 6-1. 클래스 파일 구조: 클래스 파일

저우즈밍 님의 "JVM 밑바닥까지 파헤치기" 책을 정리한 포스팅 입니다

 

1. 클래스 파일 (.class)

• 하나의 클래스 또는 인터페이스의 구조와 바이트코드를 담고 있는 파일 (빅 엔디언 방식)
• ✅ JVM이 실행할 수 있도록 컴파일된 결과물
• ✅ 하위 호환성을 유지하며 확장됨 (최신 JVM 버전에서도 항상 실행됨)

 

메모리 저장 방식) 빅 엔디언

• 가장 큰 자리를 먼저 저장하는 방식 (사람이 읽는 방식과 같음)
• 네트워크 바이트 오더
• ex) 0x1234 → 12 34

 

2. 구조

항목	설명	특징
매직 넘버	파일 형식을 식별하기 위한 고정 값	값은 0xCAFEBABE로 고정됨
버전 번호	이 클래스 파일이 어떤 JVM 스펙에 맞춰 생성되었는지 나타내는 값	실행 가능 여부를 결정함
상수 풀	클래스에서 사용하는 모든 상수와 심볼 참조를 저장하는 테이블	심벌 참조, 리터럴 상수 저장소
접근 플래그	클래스/인터페이스의 접근 수준	e.g) ACC_PUBLIC, ACC_FINAL
클래스 인덱스	현재 클래스와 부모 클래스를 가리키는 인덱스	상수 풀 인덱스로 클래스 이름을 찾음
필드 테이블	클래스에 정의된 멤버 변수들의 정보 저장	e.g) 이름, 타입, 접근 플래그 등
메서드 테이블	클래스에 정의된 메서드들에 대한 정보 저장
속성 테이블	각 필드/메서드/클래스의 속성 저장	e.g) Code, LineNumberTable

 

예시) 클래스 파일 구조

ClassFile {
    u4 magic;                          // 매직 넘버 (0xCAFEBABE)
    u2 minor_version;                  // 클래스 파일의 마이너 버전
    u2 major_version;                  // 클래스 파일의 메이저 버전
    u2 constant_pool_count;            // 상수 풀 항목의 개수
    cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];  // 상수 풀 테이블
    u2 access_flags;                   // 접근 플래그 (public, final 등)
    u2 this_class;                     // 현재 클래스 정보 (상수 풀 인덱스)
    u2 super_class;                    // 슈퍼 클래스 정보 (상수 풀 인덱스)
    u2 interfaces_count;               // 구현된 인터페이스 개수
    u2 interfaces[interfaces_count];   // 인터페이스 목록 (상수 풀 인덱스)
    u2 fields_count;                   // 필드 개수
    field_info fields[fields_count];   // 필드 테이블
    u2 methods_count;                  // 메서드 개수
    method_info methods[methods_count];// 메서드 테이블
    u2 attributes_count;               // 속성 개수
    attribute_info attributes[attributes_count];   // 속성 테이블
}

 

예시) 필드/메서드 테이블 구조

struct {
    u2 access_flags;
    u2 name_index;
    u2 descriptor_index;
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

• access_flags: 접근 제어자 + 특성 정보 (ACC_PUBLIC, ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED)
• name_index: 상수 풀의 CONSTANT_Utf8 인덱스
• descriptor_index: 타입 정보를 표현하는 문자열

 

예시) 속성 테이블

struct {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u1 info[attribute_length]; // 실제 속성 데이터
}

• attribute_name_index: 상수 풀의 CONSTANT_Utf8 인덱스 (속성의 이름을 문자열로 참조함)
• attribute_length: 해당 attrubute의 실제 바이트 길이
• info[]: 실제 속성 데이터 (attribute마다 내부 구조 완전 다름)

 

표) descriptor_index 타입 정보

자바 타입	디스크립터
int	I
long	J
double	D
boolean	Z
String	Ljava/lang/String;
int[]	[I
메서드	(I)Ljava/lang/String;

 

표) attribute 종류

Attribute 이름	적용 위치	역할	중요 포인트
Code	메서드	실제 바이트코드 저장	JVM이 실행하는 코드가 여기 있음
LineNumberTable	Code 내부	바이트코드 ↔ 소스 줄 번호 매핑	디버깅용
LocalVariableTable	Code 내부	로컬 변수 이름/범위 정보	디버깅용
StackMapTable	Code 내부	타입 검증 정보	바이트코드 검증에 필수
SourceFile	클래스	원본 .java 파일명	디버깅 정보
ConstantValue	필드	static final 상수 값 저장	컴파일 타임 상수
Exceptions	메서드	throws 목록	예외 선언 정보
Signature	클래스/필드/메서드	제네릭 타입 정보	런타임에는 소거되지만 여기 저장됨
InnerClasses	클래스	내부 클래스 정보	컴파일러 생성 메타데이터
EnclosingMethod	클래스	익명/로컬 클래스 외부 메서드 정보	람다/익명 클래스 관련
RuntimeVisibleAnnotations	클래스/필드/메서드	런타임 유지 애노테이션	리플렉션 가능
RuntimeInvisibleAnnotations	클래스/필드/메서드	컴파일 전용 애노테이션	런타임에는 제거
AnnotationDefault	메서드	애노테이션 기본값	애노테이션 정의 시 사용
BootstrapMethods	클래스	invokedynamic 부트스트랩 정보	람다/스트림 핵심
Module	클래스	Java 9 모듈 정보	JPMS 지원
Record	클래스	Java Record 메타정보	Java 14+
NestMembers / NestHost	클래스	중첩 클래스 접근 제어	Java 11+

 

표) 상수 풀

구분	설명	예시
리터럴	문자열, 숫자 값 등 고정 리터럴 값	- CONSTANT_Integer - CONSTANT_Long - CONSTANT_Utf8
심볼 참조	문자열 기반의 참조 정보	- CONSTANT_Class - CONSTANT_Methodref - CONSTANT_Fieldref - CONSTANT_InterfaceMethodref - CONSTANT_NameAndType
동적 링크	런타임 중 클래스 로딩/링크에 필요한 참조	- CONSTANT_MethoHandler - CONSTANT_MethoType - CONSTANT_InvokeDynamic (람다)