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　　 Awesome Java Better Java # JVM 基础 - 类字节码详解源代码通过编译器编译为字节码，再通过类加载子系统进行加载到JVM中运行。@pdai

　　JVM 基础 - 类字节码详解多语言编译为字节码在JVM运行Java字节码文件Class文件的结构属性从一个例子开始反编译字节码文件字节码文件信息常量池方法表集合类名再看两个示例分析try-catch-finallykotlin 函数扩展的实现参考文章# 多语言编译为字节码在JVM运行计算机是不能直接运行java代码的，必须要先运行java虚拟机，再由java虚拟机运行编译后的java代码。这个编译后的java代码，就是本文要介绍的java字节码。

　　为什么jvm不能直接运行java代码呢，这是因为在cpu层面看来计算机中所有的操作都是一个个指令的运行汇集而成的，java是高级语言，只有人类才能理解其逻辑，计算机是无法识别的，所以java代码必须要先编译成字节码文件，jvm才能正确识别代码转换后的指令并将其运行。

　　Java代码间接翻译成字节码，储存字节码的文件再交由运行于不同平台上的JVM虚拟机去读取执行，从而实现一次编写，到处运行的目的。JVM也不再只支持Java，由此衍生出了许多基于JVM的编程语言，如Groovy, Scala, Koltin等等。

　　# Java字节码文件class文件本质上是一个以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑的排列在class文件中。jvm根据其特定的规则解析该二进制数据，从而得到相关信息。

　　Class文件采用一种伪结构来存储数据，它有两种类型：无符号数和表。这里暂不详细的讲。

　　本文将通过简单的java例子编译后的文件来理解。

　　# Class文件的结构属性在理解之前先从整体看下java字节码文件包含了哪些类型的数据：

　　# 从一个例子开始下面以一个简单的例子来逐步讲解字节码。

//Main.java

　　public class Main {

　　 private int m;

　　 public int inc() {

　　 return m + 1;

javac Main.java

cafe babe 0000 0034 0013 0a00 0400 0f09

　　0003 0010 0700 1107 0012 0100 016d 0100

　　0149 0100 063c 696e 6974 3e01 0003 2829

　　5601 0004 436f 6465 0100 0f4c 696e 654e

　　756d 6265 7254 6162 6c65 0100 0369 6e63

　　0100 0328 2949 0100 0a53 6f75 7263 6546

　　696c 6501 0009 4d61 696e 2e6a 6176 610c

　　0007 0008 0c00 0500 0601 0010 636f 6d2f

　　7268 7974 686d 372f 4d61 696e 0100 106a

　　6176 612f 6c61 6e67 2f4f 626a 6563 7400

　　2100 0300 0400 0000 0100 0200 0500 0600

　　0000 0200 0100 0700 0800 0100 0900 0000

　　1d00 0100 0100 0000 052a b700 01b1 0000

　　0001 000a 0000 0006 0001 0000 0003 0001

　　000b 000c 0001 0009 0000 001f 0002 0001

　　0000 0007 2ab4 0002 0460 ac00 0000 0100

　　0a00 0000 0600 0100 0000 0800 0100 0d00

　　0000 0200 0e

Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)

　　Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

　　# 反编译字节码文件使用到java内置的一个反编译工具javap可以反编译字节码文件, 用法: javap options classes

　　其中 options 选项包括:

 -help --help -? 输出此用法消息

　　 -version 版本信息

　　 -v -verbose 输出附加信息

　　 -l 输出行号和本地变量表

　　 -public 仅显示公共类和成员

　　 -protected 显示受保护的/公共类和成员

　　 -package 显示程序包/受保护的/公共类

　　 和成员 (默认)

　　 -p -private 显示所有类和成员

　　 -c 对代码进行反汇编

　　 -s 输出内部类型签名

　　 -sysinfo 显示正在处理的类的

　　 系统信息 (路径, 大小, 日期, MD5 散列)

　　 -constants 显示最终常量

　　 -classpath path 指定查找用户类文件的位置

　　 -cp path 指定查找用户类文件的位置

　　 -bootclasspath path 覆盖引导类文件的位置

Classfile /E:/JavaCode/TestProj/out/production/TestProj/com/rhythm7/Main.class

　　 Last modified 2018-4-7; size 362 bytes

　　 MD5 checksum 4aed8540b098992663b7ba08c65312de

　　 Compiled from Main.java

　　public class com.rhythm7.Main

　　 minor version: 0

　　 major version: 52

　　 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER

　　Constant pool:

　　 #1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object. init :()V

　　 #2 = Fieldref #3.#19 // com/rhythm7/Main.m:I

　　 #3 = Class #20 // com/rhythm7/Main

　　 #4 = Class #21 // java/lang/Object

　　 #5 = Utf8 m

　　 #6 = Utf8 I

　　 #7 = Utf8 init

　　 #8 = Utf8 ()V

　　 #9 = Utf8 Code

　　 #10 = Utf8 LineNumberTable

　　 #11 = Utf8 LocalVariableTable

　　 #12 = Utf8 this

　　 #13 = Utf8 Lcom/rhythm7/Main;

　　 #14 = Utf8 inc

　　 #15 = Utf8 ()I

　　 #16 = Utf8 SourceFile

　　 #17 = Utf8 Main.java

　　 #18 = NameAndType #7:#8 // init :()V

　　 #19 = NameAndType #5:#6 // m:I

　　 #20 = Utf8 com/rhythm7/Main

　　 #21 = Utf8 java/lang/Object

　　 private int m;

　　 descriptor: I

　　 flags: ACC_PRIVATE

　　 public com.rhythm7.Main();

　　 descriptor: ()V

　　 flags: ACC_PUBLIC

　　 Code:

　　 stack=1, locals=1, args_size=1

　　 0: aload_0

　　 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object. init :()V

　　 4: return

　　 LineNumberTable:

　　 line 3: 0

　　 LocalVariableTable:

　　 Start Length Slot Name Signature

　　 0 5 0 this Lcom/rhythm7/Main;

　　 public int inc();

　　 descriptor: ()I

　　 flags: ACC_PUBLIC

　　 Code:

　　 stack=2, locals=1, args_size=1

　　 0: aload_0

　　 1: getfield #2 // Field m:I

　　 4: iconst_1

　　 5: iadd

　　 6: ireturn

　　 LineNumberTable:

　　 line 8: 0

　　 LocalVariableTable:

　　 Start Length Slot Name Signature

　　 0 7 0 this Lcom/rhythm7/Main;

　　SourceFile: Main.java

　　然后紧接着的是该类的访问标志：ACC_PUBLIC, ACC_SUPER，访问标志的含义如下:

　　标志名称标志值含义ACC_PUBLIC0x0001是否为Public类型ACC_FINAL0x0010是否被声明为final，只有类可以设置ACC_SUPER0x0020是否允许使用invokespecial字节码指令的新语义．ACC_INTERFACE0x0200标志这是一个接口ACC_ABSTRACT0x0400是否为abstract类型，对于接口或者抽象类来说，次标志值为真，其他类型为假ACC_SYNTHETIC0x1000标志这个类并非由用户代码产生ACC_ANNOTATION0x2000标志这是一个注解ACC_ENUM0x4000标志这是一个枚举# 常量池Constant pool意为常量池。

　　常量池可以理解成Class文件中的资源仓库。主要存放的是两大类常量：字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References)。字面量类似于java中的常量概念，如文本字符串，final常量等，而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括以下三种:

　　类和接口的全限定名(Fully Qualified Name)字段的名称和描述符号(Descriptor)方法的名称和描述符不同于C/C++, JVM是在加载Class文件的时候才进行的动态链接，也就是说这些字段和方法符号引用只有在运行期转换后才能获得真正的内存入口地址。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建或运行时解析并翻译到具体的内存地址中。 直接通过反编译文件来查看字节码内容：

#1 = Methodref #4.#18 // java/lang/Object. init :()V

　　#4 = Class #21 // java/lang/Object

　　#7 = Utf8 init

　　#8 = Utf8 ()V

　　#18 = NameAndType #7:#8 // init :()V

　　#21 = Utf8 java/lang/Object

java/lang/Object. init :()V

　　第二个常量同理可得:

#2 = Fieldref #3.#19 // com/rhythm7/Main.m:I

　　#3 = Class #20 // com/rhythm7/Main

　　#5 = Utf8 m

　　#6 = Utf8 I

　　#19 = NameAndType #5:#6 // m:I

　　#20 = Utf8 com/rhythm7/Main

　　标识字符含义B基本类型byteC基本类型charD基本类型doubleF基本类型floatI基本类型intJ基本类型longS基本类型shortZ基本类型booleanV特殊类型voidL对象类型，以分号结尾，如Ljava/lang/Object;对于数组类型，每一位使用一个前置的[字符来描述，如定义一个java.lang.String[][]类型的维数组，将被记录为[[Ljava/lang/String;

　　# 方法表集合在常量池之后的是对类内部的方法描述，在字节码中以表的集合形式表现，暂且不管字节码文件的16进制文件内容如何，我们直接看反编译后的内容。

private int m;

　　 descriptor: I

　　 flags: ACC_PRIVATE

public com.rhythm7.Main();

　　 descriptor: ()V

　　 flags: ACC_PUBLIC

　　 Code:

　　 stack=1, locals=1, args_size=1

　　 0: aload_0

　　 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object. init :()V

　　 4: return

　　 LineNumberTable:

　　 line 3: 0

　　 LocalVariableTable:

　　 Start Length Slot Name Signature

　　 0 5 0 this Lcom/rhythm7/Main;

　　code内的主要属性为:

　　stack: 最大操作数栈，JVM运行时会根据这个值来分配栈帧(Frame)中的操作栈深度,此处为1

　　locals: 局部变量所需的存储空间，单位为Slot, Slot是虚拟机为局部变量分配内存时所使用的最小单位，为4个字节大小。方法参数(包括实例方法中的隐藏参数this)，显示异常处理器的参数(try catch中的catch块所定义的异常)，方法体中定义的局部变量都需要使用局部变量表来存放。值得一提的是，locals的大小并不一定等于所有局部变量所占的Slot之和，因为局部变量中的Slot是可以重用的。

　　args_size: 方法参数的个数，这里是1，因为每个实例方法都会有一个隐藏参数this

　　attribute_info: 方法体内容，0,1,4为字节码 行号 ，该段代码的意思是将第一个引用类型本地变量推送至栈顶，然后执行该类型的实例方法，也就是常量池存放的第一个变量，也就是注释里的java/lang/Object. :()V, 然后执行返回语句，结束方法。

　　LineNumberTable: 该属性的作用是描述源码行号与字节码行号(字节码偏移量)之间的对应关系。可以使用 -g:none 或-g:lines选项来取消或要求生成这项信息，如果选择不生成LineNumberTable，当程序运行异常时将无法获取到发生异常的源码行号，也无法按照源码的行数来调试程序。

　　LocalVariableTable: 该属性的作用是描述帧栈中局部变量与源码中定义的变量之间的关系。可以使用 -g:none 或 -g:vars来取消或生成这项信息，如果没有生成这项信息，那么当别人引用这个方法时，将无法获取到参数名称，取而代之的是arg0, arg1这样的占位符。 start 表示该局部变量在哪一行开始可见，length表示可见行数，Slot代表所在帧栈位置，Name是变量名称，然后是类型签名。

　　同理可以分析Main类中的另一个方法 inc() :

　　方法体内的内容是：将this入栈，获取字段#2并置于栈顶, 将int类型的1入栈，将栈内顶部的两个数值相加，返回一个int类型的值。

　　# 类名最后很显然是源码文件：

SourceFile: Main.java 

public class TestCode {

　　 public int foo() {

　　 int x;

　　 try {

　　 x = 1;

　　 return x;

　　 } catch (Exception e) {

　　 x = 2;

　　 return x;

　　 } finally {

　　 x = 3;

javac TestCode.java

　　javap -verbose TestCode.class

public int foo();

　　 descriptor: ()I

　　 flags: ACC_PUBLIC

　　 Code:

　　 stack=1, locals=5, args_size=1

　　 0: iconst_1 //int型1入栈 - 栈顶=1

　　 1: istore_1 //将栈顶的int型数值存入第二个局部变量 - 局部2=1

　　 2: iload_1 //将第二个int型局部变量推送至栈顶 - 栈顶=1

　　 3: istore_2 //!!将栈顶int型数值存入第三个局部变量 - 局部3=1

　　 4: iconst_3 //int型3入栈 - 栈顶=3

　　 5: istore_1 //将栈顶的int型数值存入第二个局部变量 - 局部2=3

　　 6: iload_2 //!!将第三个int型局部变量推送至栈顶 - 栈顶=1

　　 7: ireturn //从当前方法返回栈顶int数值 - 1

　　 8: astore_2 // - 局部3=Exception

　　 9: iconst_2 // - 栈顶=2

　　 10: istore_1 // - 局部2=2

　　 11: iload_1 //- 栈顶=2

　　 12: istore_3 //!! - 局部4=2

　　 13: iconst_3 // - 栈顶=3

　　 14: istore_1 // - 局部1=3

　　 15: iload_3 //!! - 栈顶=2

　　 16: ireturn // - 2

　　 17: astore 4 //将栈顶引用型数值存入第五个局部变量=any

　　 19: iconst_3 //将int型数值3入栈 - 栈顶3

　　 20: istore_1 //将栈顶第一个int数值存入第二个局部变量 - 局部2=3

　　 21: aload 4 //将局部第五个局部变量(引用型)推送至栈顶

　　 23: athrow //将栈顶的异常抛出

　　 Exception table:

　　 from to target type

　　 0 4 8 Class java/lang/Exception //0到4行对应的异常，对应#8中储存的异常

　　 0 4 17 any //Exeption之外的其他异常

　　 8 13 17 any

　　 17 19 17 any

　　通过一步步分析字节码，可以得出最后的运行结果是：

　　不发生异常时: return 1发生异常时: return 2发生非Exception及其子类的异常，抛出异常，不返回值以上例子来自于《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》, 关于虚拟机字节码指令表，也可以在《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践-附录B》中获取。

　　# kotlin 函数扩展的实现kotlin提供了扩展函数的语言特性，借助这个特性，我们可以给任意对象添加自定义方法。

　　以下示例为Object添加 sayHello 方法

//SayHello.kt

　　package com.rhythm7

　　fun Any.sayHello() {

　　 println( Hello )

Classfile /E:/JavaCode/TestProj/out/production/TestProj/com/rhythm7/SayHelloKt.class

　　Last modified 2018-4-8; size 958 bytes

　　 MD5 checksum 780a04b75a91be7605cac4655b499f19

　　 Compiled from SayHello.kt

　　public final class com.rhythm7.SayHelloKt

　　 minor version: 0

　　 major version: 52

　　 flags: ACC_PUBLIC, ACC_FINAL, ACC_SUPER

　　Constant pool:

　　 //省略常量池部分字节码

　　 public static final void sayHello(java.lang.Object);

　　 descriptor: (Ljava/lang/Object;)V

　　 flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL

　　 Code:

　　 stack=2, locals=2, args_size=1

　　 0: aload_0

　　 1: ldc #9 // String $receiver

　　 3: invokestatic #15 // Method kotlin/jvm/internal/Intrinsics.checkParameterIsNotNull:(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;)V

　　 6: ldc #17 // String Hello

　　 8: astore_1

　　 9: getstatic #23 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

　　 12: aload_1

　　 13: invokevirtual #28 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V

　　 16: return

　　 LocalVariableTable:

　　 Start Length Slot Name Signature

　　 0 17 0 $receiver Ljava/lang/Object;

　　 LineNumberTable:

　　 line 4: 6

　　 line 5: 16

　　 RuntimeInvisibleParameterAnnotations:

　　 0: #7()

　　SourceFile: SayHello.kt

　　由于我们一开始编写SayHello.kt时并不希望SayHello是一个可实例化的对象类，所以，SayHelloKt是无法被实例化的，SayHelloKt并没有任何一个构造器。

　　再观察唯一的一个方法：发现Any.sayHello()的具体实现是静态不可变方法的形式:

public static final void sayHello(java.lang.Object);

　　顺便一提的是，当扩展的方法为Any时，意味着Any是non-null的，这时，编译器会在方法体的开头检查参数的非空，即调用 kotlin.jvm.internal.Intrinsics.checkParameterIsNotNull(Object value, String paramName) 方法来检查传入的Any类型对象是否为空。如果我们扩展的函数为Any?.sayHello()，那么在编译后的文件中则不会有这段字节码的出现。

　　# 参考文章https:///paddix/p/5282004.htmlhttps://blog.csdn.net/sinat_37191123/article/details/84582438https://blog.csdn.net/tyyj90/article/details/78472986https://blog.csdn.net/a15089415104/article/details/83215598咸鱼不思议 https://juejin.im/post/5aca2c366fb9a028c97a5609 我要纠错 ♥JVM相关知识体系详解♥ JVM 基础 - 字节码的增强技术

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