【JVM系列笔记】字节码

1. 虚拟机组成

Java虚拟机主要分为以下几个组成部分：

• 类加载子系统：核心组件类加载器，负责将字节码文件中的内容加载到内存中。
• 运行时数据区：JVM管理的内存，创建出来的对象、类的信息等等内容都会放在这块区域中。
• 执行引擎：包含了即时编译器、解释器、垃圾回收器，执行引擎使用解释器将字节码指令解释成机器码，使用即时编译器优化性能，使用垃圾回收器回收不再使用的对象。
• 本地接口：调用本地使用C/C++编译好的方法，本地方法在Java中声明时，都会带上native关键字，如下图所示。

2. 字节码组成

字节码文件总共可以分为以下几个部分：

• 基础信息：魔数、字节码文件对应的Java版本号、访问标识(public final等等)、父类和接口信息
• 常量池：保存了字符串常量、类或接口名、字段名，主要在字节码指令中使用
• 字段： 当前类或接口声明的字段信息
• 方法： 当前类或接口声明的方法信息，核心内容为方法的字节码指令
• 属性： 类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等

2.1. 基础信息

Magic魔数

每个Java字节码文件的前四个字节是固定的，用16进制表示就是0xcafebabe。文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改不影响文件的内容。软件会使用文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错。

java版本号

主副版本号指的是编译字节码文件时使用的JDK版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了45.0-45.3，JDK1.2是46之后每升级一个大版本就加1；副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号。

JDK1.2之后大版本号计算方法就是 : JDK1主版本号为44，JDK8主版本号为52。

版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的JDK是否兼容。

访问标识

标识是类还是接口、注解、枚举、模块标识public final abstract

类、父类、接口索引

通过这些索引可以找到类、父类、接口的信息

2.2. 常量池

字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间。

字节码指令中通过编号引用到常量池的过程称之为符号引用。

2.3. 字段

字段中存放的是当前类或接口声明的字段信息。

2.4. 属性

属性主要指的是类的属性，比如源码的文件名、内部类的列表等。

2.5. 方法

字节码中的方法区是存放字节码指令的核心位置，字节码指令的内容存放在方法的Code属性中。

操作数栈（operand stack）：用于存储执行过程中的操作数和部分结果。

局部变量表（local variable table）：用于存储函数内部定义的局部变量。

当函数或方法被调用时，会创建一个新的局部变量表，用于存储该函数内部的局部变量。在执行函数体时，局部变量表和操作数栈会协同工作，局部变量表用于存储变量，而操作数栈用于执行具体的计算操作。

int i = 0;
int j = i + 1;
//res,j = 1
//class
0 iconst_0
1 istore_1
2 iload_1
3 iconst_1
4 iadd
5 istore_2
6 return
==========================================
int i = 0;
i = i++;
//res,i = 0
//class
//将0放入操作数栈
0 iconst_0
//从操作数栈取出放入局部变量表1号位置
1 istore_1
//从局部变量表1号位置加载数据到操作数栈
2 iload_1
//在局部变量表1号位置增加1
3 iinc 1 by 1
//将操作数栈中的值保存到局部变量表
6 istore_1
7 return
==========================================
int i = 0;
i = ++i;
//res,i = 1
//class
0 iconst_0
1 istore_1
2 iinc 1 by 1
5 iload_1
6 istore_1
7 return
==========================================
int i=0,j=0,k=0;
i++;
j = j+ 1;
k += 1;
//已知字节码命令行数越多，性能越低；分析上面指令性能高低
 0 iconst_0
 1 istore_1
 2 iconst_0
 3 istore_2
 4 iconst_0
 5 istore_3
 6 iinc 1 by 1
 9 iload_2
10 iconst_1
11 iadd
12 istore_2
13 iinc 3 by 1
16 return
//可知，性能排序
i++  = k += 1 >> j = j+ 1

3. 字节码工具

3.1. javap

javap是JDK自带的反编译工具，可以通过控制台查看字节码文件的内容。适合在服务器上查看字节码文件内容。

直接输入javap查看所有参数。输入javap -v 字节码文件名称 查看具体的字节码信息。如果jar包需要先使用 jar –xvf 命令解压。

//解压jar包
jar -xvf user-service.jar
//查看指定字节码文件，并将内容输出到指定文件
javap -v /opt/jvm/B00T-INF/classes/comitheima/springbootclassfile/pojo/vo/Userv0.class > /opt/jvm/UseVo.txt

3.2. jclasslib

jclasslib软件 以及 idea中自带jclasslib插件

3.3. Arthas

（待补充）