JVM基础之字节码文件分析

浩子coding
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简介

研究jvm肯定要研究字节码文件，本篇文章对内容会对class文件有一个介绍

  • 了解一下class文件里这些“天书”到底是啥
  • 介绍jclasslib工具的使用
  • i++,++i的本质区别

贴士:本篇文章是介绍class文件让大家class文件，和java方法是怎么执行的，有一个初步的认识，并不会逐个字节来介绍。想要了解每个字节是什么意思的还是要通读《java虚拟机规范》

字节码文件是什么

字节码（Byte-code）是一种包含执行程序，由一序列 op 代码/数据对组成的二进制文件，是一种中间码。

总结： java文件给人看，class文件给jvm看。

我们都知道class文件是由java文件编译后得到。jvm加载class文件而不是java文件，那就是说，jvm只认class文件，而class文件是怎么来的并不在乎。

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除java外能够编译成class文件的语言有：kotlin ，Scala，Groovy....

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class文件解析

前期准备

  1. 一个简单的java
public class Test {

    public static void main(String[] args)  {

    }
}

2.能看十六进制的文本编辑器（比如sublime看个人习惯）

3.把刚刚写好的java文件编译成class并用文本编辑器打开查看，类似于这样

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4.一本java虚拟机规范

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class文件结构

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u1:表示1个字节无符号整数，u2表示2个字节无符号整数，u4,u8以此类推

魔数

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看第一个“magic”，u4是4个字节无符号整数（两个十六进制数的大小是一个字节），也就是说class文件的前8个数组成了classfile的第一个元素“magic”，我们来看一眼

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magic: CAFEBABE(咖啡贝贝～程序员的浪漫)

版本号

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同样的方法往下数4个十六进制数就是副版本号（minor_version），再往后数4个就是主版本号(major_version)，我们看一眼。

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副版本:00 00

主版本:00 34 （十进制52-代表java 1.8）

常量池

常量池：顾名思义，放常量的池子。

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注意这里的常量，不是java里的常量

public static String XXX = "XXX";（跟这个常量是两回事注意区分）

（下面开始高能）

常量池数量

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常量池数量：00 14（十进制20），实际常量池里的常量是constant_pool_count - 1 = 19个

再往后数19个元素，都是常量池里的元素

常量池中项的结构

常量池中每一项都有固定的结构

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这个结构长下面的样子，tag表示这一项是什么类型

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一共有这些类型，如下表

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信息量有点大，这里有点复杂，继续坚持往下看，这段完了会画图解释，看完就清晰了

刚刚我们看了，tag占一个字节

往后再数一个字节是 0A对应十进制11

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说明该项是CONSTANT_InterfaceMethodref（接口方法）

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CONSTANT_InterfaceMethodref的结构为

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该结构一共5个字节，我们截取一下

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0A 00 03 00 11

class_index:00 03,表示常量池第三个项是类信息

name_and_type_index： 00 11（十进制 17）,表示常量池中第17个元素表示该项的名字和描述符

我们先看常量池中第二个项

07:表示的是Constant_class_info,

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该项由三个字节组成 07 00 12 表示常量池中18个元素表示类名，

tag:07 name_index:12(十进制的18)

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再看第三个项 07 00 13 同样是class_info类型，第19个表示类名

tag:07 name_index:13(十进制的19)

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直接看一眼第18项

0E,表示后面16个字节是一个字符串，截出来是这样

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对照ascii表反序列出来结构就是 com/haozi/Test

再看一眼19项

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结果是java/lang/Object

（是不是有点绕，画图来解释下）

未命名文件 (1).jpg

看到这里大家是不是对class文件，如何存储信息的有一些感觉了（其实蛮简单的，不断往下找，先看tag是什么，去书里找tag对应的类型，读出这个tag的信息）。剩余的内容我们就不助益阅读了，还是借助工具吧

jclasslib

idea的插件，安装就不用多说了

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安装完成后点击classs文件，view->show ByteCoode With Jclasslib

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借助这个工具再来研究class文件就方便多了.

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class文件如何存储方法的信息

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借助jclassLib工具

我们看一下方法信息在class文件中是如何存储

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init:构造方法

main:主方法

如果有其他方法也会展示在这

方法名，描述符

方法名，描述符存储很简单指向常量池中某一项（如这里是11）

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描述符

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0009:表示的是方法描述符，什么意思呢？

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public 是0x0001 （0b0001）

static是0x0008 （0b1000）

public static 就是他俩取“或” 结果为1001（0x9）

方法中的代码

Code是方法的其中一个属性

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Code属性

Code属性格式如下

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不在这介绍这里的所有细节了，只挑几个重点的说一下.注意一点，code里还包含attribute_info。

借助jclasslib看一下Code里的内容。

贴士： 本地变量表与操作数栈在下一篇文章还会讲到（与本篇不同的是下一篇侧重从内存的角度介绍）

本地变量表

准备java文件

public static void main(String[] args) {
    int o = 0;
}

main函数里定义一个变量 o = 0

借助jclasslib看一下本地变量表

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发现这里有两个变量，一个是方法参数中的args，一个是我们自己定义的o。

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操作码

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return 不多解释了

iconst_0，istore_1是什么意思呢？

其实这里还有一个本地方法栈的概念。

iconst_0：向本地方法栈里，压 0；

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istore_1：表示弹栈，并给本地变量里索引为1的变量赋值

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i++ ++i

看了前面有些许枯燥的理论后我们实战研究下 ”++“ 在前跟在后到底有什么区别。

准备java代码

public static void main(String[] args) {
    int o = 0;
    int i = ++o;
}

看本地变量表

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此时有三个变量，o,i索引分别是 1，2

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看操作码

iinc by:给本地变量加上一个常量（在这里是给 o加上了1）

Increment local variable by constant

iload_1:拿本地变量的值压栈，这里是把o压入了本地方法栈

Load int from local variable

istore_2:刚才已经说过了，这里说本地方法栈里的1，弹栈赋值给i

所以整个执行流程是

换成o++

再看一眼操作码

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很清楚发现，先执行了iload_1再执行了iinc,然后执行istore_2,此时的栈顶元素是0，所以赋值给i的也是0

看一下程序运行结果

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本篇文章到此内容，就结束了，拜拜～

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