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JVM虚拟机-Class文件之魔数


一、魔数之定义

魔数这个词在不同领域代表不同的含义。在计算机领域,魔数有两个含义,一指用来判断文件类型的魔数;二指程序代码中的魔数,也称魔法值。

  • 大多数情况下,我们都是通过扩展名来识别一个文件的类型的,比如我们看到一个.txt类型的文件我们就知道他是一个纯文本文件。但是,扩展名是可以修改的,当一个文件的扩展名被修改过,怎么识别一个文件的类型呢?这就用到了我们提到的“魔数”。
  • 所谓魔数和魔字符串就是指在代码中出现但没有解释的数字​​常量​​​或​​字符串​​,又称魔法值。如果在某个程序中你使用了魔数,那么在几个月或几年后你将很可能不知道它的含义是什么。

很多类型的文件,其起始的几个字节的内容是固定的(或是有意填充,或是本就如此)这几个字节的内容也被称为魔数,因为根据这几个字节的内容就可以确定文件类型。有了这些魔术数字,我们就可以很方便的区别不同的文件。常见文件的魔数如下:

  1. JPEG (jpg),文件头:FFD8FF
  2. PNG (png),文件头:89504E47
  3. GIF (gif),文件头:47494638
  4. TIFF (tif),文件头:49492A00
  5. Windows Bitmap (bmp),文件头:424D
  6. CAD (dwg),文件头:41433130
  7. Adobe Photoshop (psd),文件头:38425053
  8. Rich Text Format (rtf),文件头:7B5C727466
  9. XML (xml),文件头:3C3F786D6C
  10. HTML (html),文件头:68746D6C3E
  11. Email [thorough only] (eml),文件头:44656C69766572792D646174653A
  12. Outlook Express (dbx),文件头:CFAD12FEC5FD746F
  13. Outlook (pst),文件头:2142444E
  14. MS Word/Excel (xls.or.doc),文件头:D0CF11E0
  15. MS Access (mdb),文件头:5374616E64617264204A
  16. WordPerfect (wpd),文件头:FF575043
  17. Postscript (eps.or.ps),文件头:252150532D41646F6265
  18. Adobe Acrobat (pdf),文件头:255044462D312E
  19. Quicken (qdf),文件头:AC9EBD8F
  20. Windows Password (pwl),文件头:E3828596
  21. ZIP Archive (zip),文件头:504B0304
  22. RAR Archive (rar),文件头:52617221
  23. Wave (wav),文件头:57415645
  24. AVI (avi),文件头:41564920
  25. Real Audio (ram),文件头:2E7261FD
  26. Real Media (rm),文件头:2E524D46
  27. MPEG (mpg),文件头:000001BA
  28. MPEG (mpg),文件头:000001B3
  29. Quicktime (mov),文件头:6D6F6F76
  30. Windows Media (asf),文件头:3026B2758E66CF11
  31. MIDI (mid),文件头:4D546864

二、Class文件中的魔数

为了方便虚拟机识别一个文件是否是class类型的文件,SUN公司规定每个class文件都必须以一个word(四个字节)作为开始,这个数字就是魔数。魔数是由四个字节的无符号数组成的,Java的.class文件,开头的4个字节是0xCAFEBABE。 这个魔数值在Java还被称作“ Oak”语言的时候(大约是1991年前后)就已经确定下来了。它还有一段很有趣的历史,据Java开发小组最初的关键成员Patrick Naughton 所说:“我们一直在寻找一些好玩的、容易记忆的东西,选择0xCAFEBABE是因为它象征着著名咖啡品牌Peet's Coffee深受欢迎的Baristas咖啡。”下图就是一个编译后的class文件,可以看到文件开头就是cafebabe。

【注】在IDEA中添加HexView插件即可查看编译后的class文件。

JVM虚拟机-Class文件之魔数_java

三、魔数与Class文件的版本

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(Minor Version),第7和第8个字节是主版本号(Major Version)。

Java的版本号是从45开始的,JDK 1.1之后 的每个JDK大版本发布主版本号向上加1(JDK 1.0~1.1使用了45.0~45.3的版本号),高版本的JDK能 向下兼容以前版本的Class文件,但不能运行以后版本的Class文件,因为《Java虚拟机规范》在Class文 件校验部分明确要求了即使文件格式并未发生任何变化,虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class 文件。

例如,JDK1.1能支持版本号为45.0~45.65535的Class文件,无法执行版本号为46.0以上的Class文件,而JDK1.2则能支持45.0~46.65535的Class文件。目前最新的JDK版本为13,可生成的Class文件主版本号最大值为57.0。

上图中的版本号是34,对应的十进制为52,所以对应的JDK版本为1.8。

从JDK 1.1到13之间,主流JDK版本编译器输出的默认的和可支持的Class文件版本:

JVM虚拟机-Class文件之魔数_2d_02

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