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教你用Java字節碼做點有趣的事

hqman / 1417人閱讀

摘要:字節碼是程序的中間表示形式介于人類可讀的源碼和機器碼之間。在中一般是用編譯源文件變成字節碼,也就是我們的文件。字節碼的執行操作,指的就是對當前棧幀數據結構進行的操作。

0.寫在前面

為什么會寫這篇文章呢?主要是之前調研過日志脫敏相關的一些,具體可以參考LOG4j脫敏插件如何編寫
里面描述了日志脫敏插件編寫方法:

直接在toString中修改代碼,這種方法很麻煩,效率低,需要修改每一個要脫敏的類,或者寫個idea插件自動修改toString(),這樣不好的地方在于所有編譯器都需要開個插件,不夠通用。

在編譯時期修改抽象語法樹修改toString()方法,就像類似Lombok一樣,這個之前調研過,開發難度較大,可能后會更新如何去寫。

在加載的時候通過實現Instrumentation接口 asm庫,修改class文件的字節碼,但是有個比較麻煩的地方在于需要給jvm加上啟動參數 -javaagent:agentjarpath,這個已經實現了,但是實現后發現的確不夠通用。

期中二三兩個已經實現了,開發這個的確比較有趣,自己的知識面也得到了擴展,后續會通過寫4-5篇的文章,一步一步的帶大家如何去實現這些有趣的工具,學會了之后,通過大家豐富的想象力相信能實現更多有意思的東西。

0.1字節碼能干什么

例如我這篇文章要介紹的通過修改字節碼去實現日志脫敏,其實就是修改toString的字節碼:
可以看看怎么用:

@Desensitized
public class StreamDemo1 {


    private User user;
    @DesFiled(MobileDesFilter.class)
    private String name;
    private String idCard;
    @DesFiled(AddressDesFilter.class)
    private List mm;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        StreamDemo1 streamDemo1 = new StreamDemo1();
        streamDemo1.setUser(new User());
        streamDemo1.setName("18428368642");
        streamDemo1.setIdCard("22321321321");
        streamDemo1.setMm(Arrays.asList("北京是朝陽區打撒所大所大","北京是朝陽區打撒所大所大"));
        System.out.println(streamDemo1);
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "StreamDemo1{" +
                "user=" + user +
                ", name="" + name + """ +
                ", idCard="" + idCard + """ +
                ", mm=" + mm +
                "}";
    }
}

這個類很普通對吧,和其他的實體類,唯一的區別是多了一個注解: @DesFiled(MobileDesFilter.class),有了這個注解我們執行這個main方法:他會輸出:

StreamDemo1{user=bean.User@22d8cfe0, name="184****4777", idCard="22321321321", mm=[北京是朝陽區打*****, 北京是朝陽區打*****]}

可以看見我們明明輸入的是不帶號的手機號,為什么輸出缺帶號了呢,這就是操縱字節碼的神奇。當然大家也可以自己擴展思維,你可以用他來做aop切面,當然cglib做切面的確也是操縱的字節碼,你也可以用它來做你想讓它做的事

0.2語法樹

另一方面我也調研了lombok的實現,對此我發現修改抽象語法樹,似乎更加有趣,你可以想象,你平時是否重復的給每個方法打印入參出參,耗時耗力?你平時是否在為缺少關鍵的日志而感到想罵人?你平時是否害怕用寫AOP用反射打日志會影響性能?為了解決這個問題做了一個意思的工具slothLog,github地址:slothlog github https://github.com/lzggsimida... (當然也求各位大佬們給點star,O(∩_∩)O哈哈~)。

@LogInfo
public class DemoService {
    public String hello(String name, int age){
        System.out.println(name + age + "hello");
        return name+age;
    }
    public static void main(String[] args) {
        DemoService demoService = new DemoService();
        demoService.hello("java", 100);
    }
}

通過上面會輸出以下信息,將方法的出參,入參都進行輸出,脫離了調試時缺少日志的苦惱

[INFO ] 2018-07-20 20:02:42,219 DemoService.main invoke start  args: {} 
[INFO ] 2018-07-20 20:02:42,220 DemoService.hello invoke start  name: java ,age: 100 
java100hello
[INFO ] 2018-07-20 20:02:42,221 DemoService.hello invoke end  name: java ,age: 100 , result: java100

后續我會一步一步的教大家如何去完成一個類似Lombok的修改語法樹的框架,做更多有趣的事。

0.3關于本篇

如果你不喜歡上面這些東西,也別著急,字節碼是java的基礎,我覺得是所有Java程序員需要必備的,當然你也有必要了解一下。
本篇是系列的第一篇,這篇主要講的主要是字節碼是什么,通過對這篇的了解,也是后續章節的基礎。

1.什么是字節碼? 1.1機器碼

機器碼(machine code)顧名思義也就是,機器能識別的代碼,也叫原生碼。機器碼是CPU可直接解讀的指令。機器碼與硬件等有關,不同的CPU架構支持的硬件碼也不相同。機器碼是和我們的底層硬件直接打交道,現在學的人也是逐漸的變少了,如果對這個感興趣的同學可以去學習一下匯編,匯編的指令會被翻譯成機器碼。

1.2字節碼

字節碼(Byte-code)是一種包含執行程序、由一序列 op 代碼/數據對組成的二進制文件。字節碼是程序的中間表示形式:介于人類可讀的源碼和機器碼之間。它經常被看作是包含一個執行程序的二進制文件,更像一個對象模型。字節碼被這樣叫是因為通常每個操作碼 是一字節長,所以字節碼的程度是根據一字節來的。字節碼也是由,一組操作碼組成,而操作碼實際上是對棧的操作,可以移走參數和地址空間,也可以放入結果。JAVA通過JIT(即時編譯)可以將字節碼轉換為機器碼。

字節碼的實現方式是通過編譯器和虛擬機器。編譯器將源碼編譯成字節碼,特定平臺上的虛擬機器將字節碼轉譯為可以直接執行的指令。在java中一般是用Javac編譯源文件變成字節碼,也就是我們的class文件。

從網絡上找到了兩張圖片,下面是java源碼編譯器生成字節碼過程:

java虛擬機執行引擎過程,這里會分為兩個階段:

普通的代碼(非熱)都是走的字節碼解釋器

熱代碼:多次調用的方法,多次執行的循環體,會被JIT優化成機器碼。

2.字節碼執行 2.1JVM楨棧結構:

方法調用在JVM中轉換成的是字節碼執行,字節碼指令執行的數據結構就是棧幀(stack frame)。也就是在虛擬機棧中的棧元素。虛擬機會為每個方法分配一個棧幀,因為虛擬機棧是LIFO(后進先出)的,所以當前線程正在活動的棧幀,也就是棧頂的棧幀,JVM規范中稱之為“CurrentFrame”,這個當前棧幀對應的方法就是“CurrentMethod”。字節碼的執行操作,指的就是對當前棧幀數據結構進行的操作。

JVM的運行時數據區的結構如下圖:。

我們這里主要討論棧幀的數據結構:有四個部分,局部變量區,操作數棧,動態鏈接,方法的返回地址。

2.1.1局部變量表:

局部變量表是一組變量值存儲空間,用于存放方法參數和方法內部定義的局部變量。在Java程序被編譯成Class文件時,就在Code屬性中locals變量:

如下面代碼反編譯后就能看見locals=5。

局部變量的容量以變量槽(Slot)為最小單位,32位虛擬機中一個Slot可以存放一個32位以內的數據類型(boolean、byte、char、short、int、float、reference(引用)和returnAddress八種)。

同時Slot對對象的引用會影響GC,(要是被引用,不會被回收)。

系統不會為局部變量賦予初始值,也就是說不存在類變量那樣的準備階段。

虛擬機是使用局部變量表完成參數值到參數變量列表的傳遞過程的,如果是實例方法(非static),那么局部變量表的第0位索引的Slot默認是用于傳遞方法所屬對象實例的引用,在方法中通過this訪問。

我們上面的代碼中是4個Int的solt加一個this 的solt所以就等于5。

2.1.2操作數棧

Java虛擬機的解釋執行引擎被稱為"基于棧的執行引擎",其中所指的棧就是指-操作數棧。

操作數棧同局部變量表一樣,也是編譯期間就能決定了其存儲空間(最大的單位長度),通過 Code屬性存儲在類或接口的字節流中。操作數棧也是個LIFO棧。?它不是通過索引來訪問,而是通過標準的棧操作—壓棧和出棧—來訪問的。比如,如果某個指令把一個值壓入到操作數棧中,稍后另一個指令就可以彈出這個值來使用。

虛擬機在操作數棧中存儲數據的方式和在局部變量區中是一樣的:如int、long、float、double、reference和returnType的存儲。對于byte、short以及char類型的值在壓入到操作數棧之前,也會被轉換為int。

2.1.3動態鏈接

動態鏈接就是將符號引用所表示的方法,轉換成方法的直接引用。加載階段或第一次使用時轉化為直接引用的(將變量的訪問轉化為訪問這些變量的存儲結構所在的運行時內存位置)就叫做靜態解析。JVM的動態鏈接還支持運行期轉化為直接引用。也可以叫做Late Binding,晚期綁定。動態鏈接是java靈活OO的基礎結構。

注:

符號引用就是字符串,這個字符串包含足夠的信息,以供實際使用時可以找到相應的位置。你比如說某個方法的符號引用,如:“java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V”。里面有類的信息,方法名,方法參數等信息。

當第一次運行時,要根據字符串的內容,到該類的方法表中搜索這個方法。運行一次之后,符號引用會被替換為直接引用,下次就不用搜索了。直接引用就是偏移量,通過偏移量虛擬機可以直接在該類的內存區域中找到方法字節碼的起始位置。重寫就是動態鏈接,重載就是靜態解析。

2.1.4方法返回地址

方法正常退出,JVM執行引擎會恢復上層方法局部變量表操作數棧并把返回值壓入調用者的棧幀的操作數棧,PC計數器的值就會調整到方法調用指令后面的一條指令。這樣使得當前的棧幀能夠和調用者連接起來,并且讓調用者的棧幀的操作數棧繼續往下執行。???方法的異常調用完成,如果異常沒有被捕獲住,或者遇到athrow字節碼指令顯示拋出,那么就沒有返回值給調用者。

2.2字節碼指令集 2.2.1加載和存儲指令

加載和存儲指令用于將數據從棧幀的局部變量表和操作數棧之間來回傳輸。

1)將一個局部變量加載到操作數棧的指令包括:iload,iload_,lload、lload、float、 fload_、dload、dload_,aload、aload。

2)將一個數值從操作數棧存儲到局部變量表的指令:istore,istore_,lstore,lstore_,fstore,fstore_,dstore,dstore_,astore,astore_

3)將常量加載到操作數棧的指令:bipush,sipush,ldc,ldc_w,ldc2_w,aconst_null,iconst_ml,iconst_,lconst_,fconst_,dconst_

4)局部變量表的訪問索引指令:wide

2.2.2運算指令

算術指令用于對兩個操作數棧上的值進行某種特定運算,并把結果重新存入到操作棧頂。

1)加法指令:iadd,ladd,fadd,dadd

2)減法指令:isub,lsub,fsub,dsub

3)乘法指令:imul,lmul,fmul,dmul

4)除法指令:idiv,ldiv,fdiv,ddiv

5)求余指令:irem,lrem,frem,drem

6)取反指令:ineg,leng,fneg,dneg

7)位移指令:ishl,ishr,iushr,lshl,lshr,lushr

8)按位或指令:ior,lor

9)按位與指令:iand,land

10)按位異或指令:ixor,lxor

11)局部變量自增指令:iinc

12)比較指令:dcmpg,dcmpl,fcmpg,fcmpl,lcmp

Java虛擬機沒有明確規定整型數據溢出的情況,但規定了處理整型數據時,只有除法和求余指令出現除數為0時會導致虛擬機拋出異常。

Java虛擬機要求在浮點數運算的時候,所有結果否必須舍入到適當的精度,如果有兩種可表示的形式與該值一樣,會優先選擇最低有效位為零的。稱之為最接近數舍入模式。

浮點數向整數轉換的時候,Java虛擬機使用IEEE 754標準中的向零舍入模式,這種模式舍入的結果會導致數字被截斷,所有小數部分的有效字節會被丟掉。

2.2.3類型轉換指令

類型轉換指令將兩種Java虛擬機數值類型相互轉換,這些操作一般用于實現用戶代碼的顯式類型轉換操作。JVM直接就支持寬化類型轉換(小范圍類型向大范圍類型轉換):

1.int類型到long,float,double類型

2.long類型到float,double類型

3.float到double類型

但在處理窄化類型轉換時,必須顯式使用轉換指令來完成,這些指令包括:i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和 d2f。將int 或 long 窄化為整型T的時候,僅僅簡單的把除了低位的N個字節以外的內容丟棄,N是T的長度。這有可能導致轉換結果與輸入值有不同的正負號。

在將一個浮點值窄化為整數類型T(僅限于 int 和 long 類型),將遵循以下轉換規則:

1)如果浮點值是NaN , 那轉換結果就是int 或 long 類型的0

2)如果浮點值不是無窮大,浮點值使用IEEE 754 的向零舍入模式取整,獲得整數v, 如果v在T表示范圍之內,那就是v

3)否則,根據v的符號, 轉換為T 所能表示的最大或者最小正數

2.2.4對象創建和訪問指令

雖然類實例和數組都是對象,Java虛擬機對類實例和數組的創建與操作使用了不同的字節碼指令。

1)創建實例的指令:new

2)創建數組的指令:newarray,anewarray,multianewarray

3)訪問字段指令:getfield,putfield,getstatic,putstatic

4)把數組元素加載到操作數棧指令:baload,caload,saload,iaload,laload,faload,daload,aaload

5)將操作數棧的數值存儲到數組元素中執行:bastore,castore,castore,sastore,iastore,fastore,dastore,aastore

6)取數組長度指令:arraylength JVM支持方法級同步和方法內部一段指令序列同步,這兩種都是通過moniter實現的。

7)檢查實例類型指令:instanceof,checkcast

2.2.5操作數棧管理指令

如同操作一個普通數據結構中的堆棧那樣,Java虛擬機提供了一些用于直接操作操作舒展的指令,包括:

1)將操作數棧的棧頂一個或兩個元素出棧:pop、pop2

2)復制棧頂一個或兩個數值并將復制值或雙份的復制值重新壓入棧頂:dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2。

3)將棧最頂端的兩個數值互換:swap

2.2.6控制轉移指令

讓JVM有條件或無條件從指定指令而不是控制轉移指令的下一條指令繼續執行程序。控制轉移指令包括:

1)條件分支:ifeq,iflt,ifle,ifne,ifgt,ifge,ifnull,ifnotnull,if_cmpeq,if_icmpne,if_icmlt,if_icmpgt等

2)復合條件分支:tableswitch,lookupswitch

3)無條件分支:goto,goto_w,jsr,jsr_w,ret

JVM中有專門的指令集處理int和reference類型的條件分支比較操作,為了可以無明顯標示一個實體值是否是null,有專門的指令檢測null 值。boolean類型和byte類型,char類型和short類型的條件分支比較操作,都使用int類型的比較指令完成,而 long,float,double條件分支比較操作,由相應類型的比較運算指令,運算指令會返回一個整型值到操作數棧中,隨后再執行int類型的條件比較操作完成整個分支跳轉。各種類型的比較都最終會轉化為int類型的比較操作。

2.2.7方法調用和返回指令

invokevirtual指令:調用對象的實例方法,根據對象的實際類型進行分派(虛擬機分派)。

invokeinterface指令:調用接口方法,在運行時搜索一個實現這個接口方法的對象,找出合適的方法進行調用。

invokespecial:調用需要特殊處理的實例方法,包括實例初始化方法,私有方法和父類方法

invokestatic:調用類方法(static)

方法返回指令是根據返回值的類型區分的,包括ireturn(返回值是boolean,byte,char,short和 int),lreturn(long),freturn,drturn(double)和areturn(引用地址),另外一個return供void方法,實例初始化方法,類和接口的類初始化i方法使用。

2.2.8異常處理指令

在Java程序中顯式拋出異常的操作(throw語句)都有athrow 指令來實現,除了用throw 語句顯示拋出異常情況外,Java虛擬機規范還規定了許多運行時異常會在其他Java虛擬機指令檢測到異常狀況時自動拋出。在Java虛擬機中,處理異常不是由字節碼指令來實現的,而是采用異常表來完成的。

2.2.9同步指令

方法級的同步是隱式的,無需通過字節碼指令來控制,它實現在方法調用和返回操作中。虛擬機從方法常量池中的方法標結構中的 ACC_SYNCHRONIZED標志區分是否是同步方法。方法調用時,調用指令會檢查該標志是否被設置,若設置,執行線程持有moniter,然后執行方法,最后完成方法時釋放moniter。同步一段指令集序列,通常由synchronized塊標示,JVM指令集中有monitorenter和monitorexit來支持synchronized語義。

大多數的指令有前綴和(或)后綴來表明其操作數的類型。如下表

前/后綴

操作數類型

i

整數

l

長整數

s

短整數

b

字節

c

字符

f

單精度浮點數

d

雙精度浮點數

z

布爾值

a

引用

3.字節碼實例分析

這一節將給大家分析如何一步一步的分析字節碼。

3.1源代碼

有如下簡單代碼,下面代碼是一個簡單的demo,有一個常量,有一個類成員變量,同時方法有三個,一個構造方法,一個get(),一個靜態main方法,用來輸出信息。

package java8;

public class ByteCodeDemo {
    private static final String name = "xiaoming";
    
    private int age;

    public ByteCodeDemo(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ByteCodeDemo byteCodeDeomo = new ByteCodeDemo(12);
        System.out.println("name:" + name + "age:" + byteCodeDeomo.getAge());
    }
}
3.2.反編譯

用命令行找到我們這段代碼所在的路徑,輸入如下命令:

javac ByteCodeDemo.java

javap -p -v ByteCodeDemo

有關Javap命令可以用help或者參考javap命令,我們這里用的-p,-v輸出所有類和成員信息,以及附加信息(文件路徑,文件大小,常量池等等)

3.3.得到如下信息
Classfile /Users/lizhao/Documents/RPC/test/src/main/java/java8/ByteCodeDemo.class
  Last modified 2018-5-8; size 861 bytes
  MD5 checksum d225c0249912bec4b11c41a0a52e6418
  Compiled from "ByteCodeDemo.java"
public class java8.ByteCodeDemo
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #14.#31        // java/lang/Object."":()V
   #2 = Fieldref           #3.#32         // java8/ByteCodeDemo.age:I
   #3 = Class              #33            // java8/ByteCodeDemo
   #4 = Methodref          #3.#34         // java8/ByteCodeDemo."":(I)V
   #5 = Fieldref           #35.#36        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #6 = Class              #37            // java/lang/StringBuilder
   #7 = Methodref          #6.#31         // java/lang/StringBuilder."":()V
   #8 = String             #38            // name:xiaomingage:
   #9 = Methodref          #6.#39         // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  #10 = Methodref          #3.#40         // java8/ByteCodeDemo.getAge:()I
  #11 = Methodref          #6.#41         // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
  #12 = Methodref          #6.#42         // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
  #13 = Methodref          #43.#44        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  #14 = Class              #45            // java/lang/Object
  #15 = Utf8               name
  #16 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #17 = Utf8               ConstantValue
  #18 = String             #46            // xiaoming
  #19 = Utf8               age
  #20 = Utf8               I
  #21 = Utf8               
  #22 = Utf8               (I)V
  #23 = Utf8               Code
  #24 = Utf8               LineNumberTable
  #25 = Utf8               getAge
  #26 = Utf8               ()I
  #27 = Utf8               main
  #28 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #29 = Utf8               SourceFile
  #30 = Utf8               ByteCodeDemo.java
  #31 = NameAndType        #21:#47        // "":()V
  #32 = NameAndType        #19:#20        // age:I
  #33 = Utf8               java8/ByteCodeDemo
  #34 = NameAndType        #21:#22        // "":(I)V
  #35 = Class              #48            // java/lang/System
  #36 = NameAndType        #49:#50        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #37 = Utf8               java/lang/StringBuilder
  #38 = Utf8               name:xiaomingage:
  #39 = NameAndType        #51:#52        // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  #40 = NameAndType        #25:#26        // getAge:()I
  #41 = NameAndType        #51:#53        // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
  #42 = NameAndType        #54:#55        // toString:()Ljava/lang/String;
  #43 = Class              #56            // java/io/PrintStream
  #44 = NameAndType        #57:#58        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #45 = Utf8               java/lang/Object
  #46 = Utf8               xiaoming
  #47 = Utf8               ()V
  #48 = Utf8               java/lang/System
  #49 = Utf8               out
  #50 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #51 = Utf8               append
  #52 = Utf8               (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  #53 = Utf8               (I)Ljava/lang/StringBuilder;
  #54 = Utf8               toString
  #55 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
  #56 = Utf8               java/io/PrintStream
  #57 = Utf8               println
  #58 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  private static final java.lang.String name;
    descriptor: Ljava/lang/String;
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_FINAL
    ConstantValue: String xiaoming

  private int age;
    descriptor: I
    flags: ACC_PRIVATE

  public java8.ByteCodeDemo(int);
    descriptor: (I)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: aload_0
         5: iload_1
         6: putfield      #2                  // Field age:I
         9: return
      LineNumberTable:
        line 18: 0
        line 19: 4
        line 20: 9

  public int getAge();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field age:I
         4: ireturn
      LineNumberTable:
        line 23: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=3, locals=2, args_size=1
         0: new           #3                  // class java8/ByteCodeDemo
         3: dup
         4: bipush        12
         6: invokespecial #4                  // Method "":(I)V
         9: astore_1
        10: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        13: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder
        16: dup
        17: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."":()V
        20: ldc           #8                  // String name:xiaomingage:
        22: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        25: aload_1
        26: invokevirtual #10                 // Method getAge:()I
        29: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
        32: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        35: invokevirtual #13                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        38: return
      LineNumberTable:
        line 27: 0
        line 28: 10
        line 29: 38
}
SourceFile: "ByteCodeDemo.java"

如果你是第一次用javap,那你一定會覺得這個是啥又臭又長,別著急下面我會一句一句給你翻譯,這里你需要對照上面的字節碼指令,一步一步的帶你翻譯。

3.4.附加信息
Classfile /Users/lizhao/Documents/RPC/test/src/main/java/java8/ByteCodeDemo.class //輸出了我們的class文件的完整路徑
  Last modified 2018-5-8; size 861 bytes //以及class文件修改時間以及大小
  MD5 checksum d225c0249912bec4b11c41a0a52e6418 //md5校驗和
  Compiled from "ByteCodeDemo.java" //從哪個文件編譯而來
public class java8.ByteCodeDemo 
  minor version: 0
  major version: 52 //java主版本  major_version.minor_version 組成我們的版本號52.0
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //public,ACC_SUPER用于兼容早期編譯器,新編譯器都設置該標記,以在使用 invokespecial指令時對子類方法做特定處理。
Constant pool:
   #1 = Methodref          #14.#31        // java/lang/Object."":()V
   #2 = Fieldref           #3.#32         // java8/ByteCodeDemo.age:I
   #3 = Class              #33            // java8/ByteCodeDemo
   .........

部分信息在后面已經注釋解釋,
我們主要來說一下我們的Constant pool,常量池:

在Java字節碼中,有一個常量池,用來存放不同類型的常量。由于Java設計的目的之一就是字節碼需要經網絡傳輸的,因而字節碼需要比較緊湊,以減少網絡傳輸的流量和時間。常量池的存在則可以讓一些相同類型的值通過索引(引用)的方式從常量池中找到,而不是在不同地方有不同拷貝,縮減了字節碼的大小。

tag中表示的數據類型,有如下11種,:

CONSTANT_Class_info?????????????????????????????????

CONSTANT_Integer_info??????????????????????????????

CONSTANT_Longinfo???????????????????????????????????

CONSTANT_Float_info??????????????????????????????????

CONSTANT_Double_info??????????????????????????????

CONSTANT_String_info?????????????????????????????????

CONSTANT_Fieldref_info??????????????????????????????

CONSTANT_Methodref_info???????????????????????

CONSTANT_InterfaceMethodref_info??????

CONSTANT_NameAndType_info????????????????

CONSTANT_Utf8_info???????????????????????????????????

注:在Java字節碼中,所有boolean、byte、char、short類型都是用int類型存放,因而在常量池中沒有和它們對應的項。
有關常量池的介紹可以參照這里:

http://www.blogjava.net/DLevi...

3.5.main方法分析

這里把main方法多帶帶復制了出來,每一句話都進行了解釋。

在看下面之前,可以自己嘗試一下是否能將main方法字節碼看懂
 public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V //方法描述,入參是String,返回是void
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC 
    Code:
      stack=3, locals=2, args_size=1 //棧深最大3,局部變量2,args_size入參是1(如果是實體方法會把this也算入參)
         0: new           #3                  // class java8/ByteCodeDemo new指令創建對象,這里引用了常量池的class 所以這里一共占了三行 2個字節是class 
         //一個字節是new,所以下個行號是 0+3 = 3 并把當前申請的空間地址放到棧頂
         3: dup                                                             //將棧頂cpoy一份再次放入棧頂,也就是我們上面的空間地址
         4: bipush        12                                    //取常量12放入棧空間
         6: invokespecial #4                  // Method "":(I)V //執行初始化方法這個時候會用到4的棧頂,和3的棧頂,彈出
         9: astore_1                                                    //將棧頂放入局部變量,也就是0的空間地址,這個時候棧是空的
        10: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; //獲取這個方法地址到棧頂
        13: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder 把新開辟的空間地址放到棧頂
        16: dup                                                                //復制一份
        17: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."":()V //彈出棧頂
        20: ldc           #8                  // String name:xiaomingage://取常量到棧頂
        22: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;//彈出棧頂兩個元素,壓入StringBuilder的引用
        25: aload_1                                                        // 把局部變量,也就是我們剛才的空間地址壓入
        26: invokevirtual #10                 // Method getAge:()I //彈出棧頂,獲取年齡,把年齡壓入棧頂
        29: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;//彈出棧頂兩個元素,壓入StringBuilder
        32: invokevirtual #12                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;//彈出棧頂兩個元素,壓入toString
        35: invokevirtual #13                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V//彈出棧頂兩個元素,此時棧空
        38: return //返回
      LineNumberTable: //字節碼偏移量到源代碼行號之間的聯系
        line 29: 0 
        line 30: 10
        line 31: 38
}


思考:這里看懂了之后,大家可以自己嘗試下自己寫個稍微復雜的字節碼,然后進行理解,加深一下映像。
最后

下一篇預告,下一篇將會給大家詳細講解如何通過asm去操作字節碼,以及如何去實現我們上面的功能,喜歡這一系列可以關注公眾號,不丟失文章

如果大家覺得這篇文章對你有幫助,或者想提前獲取后續章節文章,或者你有什么疑問想提供1v1免費vip服務,都可以關注我的公眾號:

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