Java字节码小结

╰半橙微兮° 2022-07-28 00:08 124阅读 0赞

# Reference #

*  [javap 基本用法][javap]
 *  [深入理解java字节码][java]
 *  [从Java代码到字节码][Java]
 *  [Java字节码.class文件案例分析][Java_.class]

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# 字节码 核心概念 #

Class文件是8位字节流，按字节对齐。之所以称为字节码，是因为每条指令都只占据一个字节，所有的操作码和操作数都是按字节对齐的。

## 数据结构 ##

Java虚拟机规范中规定，Class文件格式采用一种类似C语言结构体的伪结构来存储，它只有两种数据类型

### 无符号数（基本数据类型） ###

主要用于描述数字、索引引用、数量值、或UTF-8编码构成的字符串；  
u1 – 1个字节  
u2 – 2个字节  
u4 – 4个字节  
u8 – 8个字节

### 表（复合数据类型） ###

用于描述有层次关系的复合结构的数据；  
习惯性以“\_info”结尾

## Class文件格式 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据类型</th> 
   <th align="center">名称</th> 
   <th align="right">数量</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>u4</td> 
   <td align="center">magic</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">minor_version</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">major_version</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">constant_pool_count</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>cp_info</td> 
   <td align="center">constant_pool</td> 
   <td align="right">constant_pool_count + 1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">access_flags</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">this_class</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">super_class</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">interfaces_count</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">interfaces</td> 
   <td align="right">interfaces_count</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">fields_count</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>field_info</td> 
   <td align="center">fields</td> 
   <td align="right">fields_count</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">methods_count</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>method_info</td> 
   <td align="center">methods</td> 
   <td align="right">methods_count</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>u2</td> 
   <td align="center">attributes_count</td> 
   <td align="right">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>attribute_info</td> 
   <td align="center">attributes</td> 
   <td align="right">attributes_count</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### class说明 ###

*  magic： Class文件的头4个字节，它的唯一作用是用于确认该文件是否是能被JVM接受的Class文件
 *  minor\_version ：第5和第6字节是次版本号
 *  major\_version:第7和第8字节是主版本号

![major\_version对应的JDK][major_version_JDK]

*  constant\_pool\_count: 常量池大小
 *  cp\_info : 复合数据结构，是一组常量数据结构，有11种常量数据结构  
    ![常量对象数据结构][20160325175550715]
 *  access\_flags :访问标志,access\_flags的计算公式为：access\_flags = flagA | flagB | flagB …

![这里写图片描述][20160325180241467]

*  field\_info :字段表（field\_info）用于描述类或接口中声明的变量，它包含类变量、实例变量，但不包括方法内的局部变量和块变量。和cp\_info部分不一样，cp\_info因为常量类型的不一样其数据结构有11种，但field\_info的结构只有一种。（数据结构如下）  
    ![字段表数据结构][20160325180501844]  
    字段访问标志，和类的访问标志，因为修饰符不同稍有不同，具体见下图。  
    ![这里写图片描述][20160325180719456]
 *  method\_info：方法表集合（method\_info）和字段表集合的结构是一致的，只是访问标志不同。  
    ![这里写图片描述][20160325181237853]
 *  attribute\_info：用于在Class文件、字段表、方法表中携带自己的属性表集合，以用于描述某些场景的专有信息。  
    ![这里写图片描述][20160325181402870]  
    Java程序方法体里面的代码经过javac编译器处理过后将最终字节码存储在Code属性内。抽象类或接口中的方法不存在Code属性。  
    ![这里写图片描述][20160325181714202]
 *  SourceFile：SourceFile属性主要记录生成这个Class文件的源代码名称，也属于可选属性，可以使用javac的-g:none或-g:source选项来关闭或要求生成这些信息。
 *  LocalVariableTable：LocalVariableTable属性用于描述栈帧中局部变量表中的变量与Java源代码定义的变量之间的关系，但是这种关系并非运行时必须，默认也不会生成到Class文件中，可以通过javac中使用-g:none或-g:vars选项取消或者生成这项信息。
 *  LineNumberTable：LineNumberTable属性用于描述Java源代码行号和字节码行号（字节码的偏移量）之间的对应关系，它不是运行时必须属性，但默认会生成到Class文件中。也可以在javac中使用-g:none或-g:lines选项来取消或显示生成这一部分信息。

详细参见 [Java字节码.class文件案例分析][Java_.class]

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# jvm运行浅谈 #

Java虚拟机（JVM）是基于栈结构的。对于最初的main方法产生的所有的方法调用，都会在栈中产生一个帧，这些帧各自包含一组局部变量，这组局部变量就是这个方法在执行过程中所需的所有变量，包括一个指向this的引用、该方法的所有参数以及其他局部定义的变量。对于类方法（即static方法），其参数列表从0开始算起，而对于实例方法，位置0是用来存储this引用。  
class运行就是jvm顺序执行一条条保存在Code中的指令，如下所示：  
![这里写图片描述][20160325183111546]

动态过程，如下：

public class Demo {
        public static void foo() {
           int a = 1;
           int b = 2;
           int c = (a + b) * 5;
        }
    }

![这里写图片描述][20160325183204532]

详细参见  
\- [深入理解java字节码][java]  
\- [从Java代码到字节码][Java]

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# javap 反汇编 #

javap是JDK自带的反汇编器，可以查看java编译器为我们生成的字节码。通过它，我们可以对照源代码和字节码，从而了解很多编译器内部的工作。  
语法：  
　　javap \[ 命令选项 \] class…  
　　javap 命令用于解析类文件。其输出取决于所用的选项。若没有使用选项，javap 将输出传递给它的类的 public 域及方法。javap 将其输出到标准输出设备上。  
命令选项  
　　-help 输出 javap 的帮助信息。  
　　-l 输出行及局部变量表。  
　　-public 只显示 public 类及成员。  
　　-protected 只显示 protected 和 public 类及成员。  
　　-package 只显示包、protected 和 public 类及成员。这是缺省设置。  
　　-private 显示所有类和成员。  
　　-s 输出内部类型签名。  
　　-c 输出类中各方法的未解析的代码，即构成 Java 字节码的指令。  
　　-verbose 输出堆栈大小、各方法的 locals 及 args 数,以及class文件的编译版本  
　　-classpath\[路径\] 指定 javap 用来查找类的路径。如果设置了该选项，则它将覆盖缺省值或 CLASSPATH 环境变量。目录用冒号分隔。  
　 -bootclasspath\[路径\] 指定加载自举类所用的路径。缺省情况下，自举类是实现核心 Java 平台的类，位于 jrelib下面。  
　　-extdirs\[dirs\] 覆盖搜索安装方式扩展的位置。扩展的缺省位置是 jrelibext。

[javap]: http://blog.csdn.net/hantiannan/article/details/7659904
[java]: http://kingj.iteye.com/blog/1555046
[Java]: http://www.importnew.com/13107.html#local_var
[Java_.class]: http://blog.csdn.net/silentbalanceyh/article/details/42640739
[major_version_JDK]: /images/20220727/b5c55fc9e9a140a9a4542c9723d6cc3c.png
[20160325175550715]: /images/20220727/31fb90e44dfc454f9c5a1c4f0f7c0814.png
[20160325180241467]: /images/20220727/f5ebb947afe34386bfaa7d499ce2634d.png
[20160325180501844]: /images/20220727/379d87458407456791ae252eca4ad6b0.png
[20160325180719456]: /images/20220727/ba286de393cd4affb3be3916d8c93e3c.png
[20160325181237853]: /images/20220727/c101e6ae22054810a25b05f00a98739d.png
[20160325181402870]: /images/20220727/1a54612003744df4a27b41903f9efcdd.png
[20160325181714202]: /images/20220727/e27183e564244450860f9f5a4018edba.png
[20160325183111546]: /images/20220727/0586c91e0b1441c0b35a9fe78d4fdcc7.png
[20160325183204532]: /images/20220727/915d8daa2ad1427fb6123eb5f2820116.png