学弟学妹们,如果你想吃透 Java字节码的话,看这篇就好了!(超级硬核,建议收藏1)

简介: 学弟学妹们,如果你想吃透 Java字节码的话,看这篇就好了!(超级硬核,建议收藏)

同学们好,今天二哥是来还债的,记得先拖到文末点个赞再回来细细的读,好不好!


最近一段时间,我一直在学习 Java 虚拟机和字节码方面的知识,为的就是有朝一日成为真正牛逼的技术大佬!不知道大家有没有这种感觉,就是一开始学习编程的时候,真心不想看底层的东西,就想直接上来撸代码,但时间久了以后,总感觉缺点啥~~~~


于是我开始阅读《深入理解计算机系统》、《图解 TCP/IP》、《深入理解 Java 虚拟机》这些偏底层的书籍,看得烦了,就去刷我之前给大家推荐过的两个视频课,《哈佛大学的 CS50》和《计算机科学速成课》,慢慢的,就有一种顿悟的感觉,嗯,这种感觉还是挺舒服的,很容易飘的那种(嘿嘿)。


我之前已经分享过三篇关于 Java 虚拟机和字节码方面的内容,大家可以再温习一遍。


class 文件

JVM 内存区域

Java 虚拟机栈


这三篇的内容还是非常肝的,读起来也比较轻松,但如果你是初学者,读起来感觉很吃力的话,不要紧,我再来补一篇更全面、更细致、更通俗的,从另外一个视角切入,完事了可以把这四篇一起添加到收藏夹,以后兴致比较高的时候可以再咀嚼下。


01、字节码


计算机比较“傻”,只认 0 和 1,这意味着我们编写的代码最终都要编译成机器码才能被计算机执行。Java 在诞生之初就提出了一个非常著名的宣传口号: “一次编写,处处运行”。


Write Once, Run Anywhere.

为了这个口号,Java 的亲妈 Sun 公司以及其他虚拟机提供商发布了许多可以在不同平台上运行的 Java 虚拟机,而这些虚拟机都拥有一个共同的功能,那就是可以载入和执行同一种与平台无关的字节码(Byte Code)。


有了 Java 虚拟机的帮助,我们编写的 Java 源代码不必再根据不同平台编译成对应的机器码了,只需要生成一份字节码,然后再将字节码文件交由运行在不同平台上的 Java 虚拟机读取后执行就可以了。


如今的 Java 虚拟机非常强大,不仅支持 Java 语言,还支持很多其他的编程语言,比如说 Groovy、Scala、Koltin 等等。


image.png


来看一段代码吧。


public class Main {
    private int age = 18;
    public int getAge() {
        return age;
    }
}


编译生成 Main.class 文件后,可以在命令行使用 xxd Main.class 打开 class 文件(我用的是 Intellij IDEA,在 macOS 环境下)。


image.png


对于这些 16 进制内容,除了开头的 cafe babe,剩下的内容大致可以翻译成:啥玩意啊这…


同学们别慌,就从"cafe babe"说起吧,这 4 个字节称之为魔数,也就是说,只有以"cafe babe"开头的 class 文件才能被 Java 虚拟机接受,这 4 个字节就是字节码文件的身份标识。


目光右移,0000 是 Java 的次版本号,0037 转化为十进制是 55,是主版本号,Java 的版本号从 45 开始,每升一个大版本,版本号加 1,大家可以启动福尔摩斯模式,推理一下。


再往后面就是字符串常量池。《class 文件》那一篇我是顺着十六进制内容往下分析的,可能初学者看起来比较头大,这次我们换一种更容易懂的方式。


02、反编译字节码文件


Java 内置了一个反编译命令 javap,可以通过 javap -help 了解 javap 的基本用法。


image.png


OK,我们输入命令 javap -v -p Main.class 来查看一下输出的内容。

Classfile /Users/maweiqing/Documents/GitHub/TechSisterLearnJava/codes/TechSister/target/classes/com/itwanger/jvm/Main.class
  Last modified 2021年4月15日; size 385 bytes
  SHA-256 checksum 6688843e4f70ae8d83040dc7c8e2dd3694bf10ba7c518a6ea9b88b318a8967c6
  Compiled from "Main.java"
public class com.itwanger.jvm.Main
  minor version: 0
  major version: 55
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #3                          // com/itwanger/jvm/Main
  super_class: #4                         // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 1, methods: 2, attributes: 1
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#18         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #3.#19         // com/itwanger/jvm/Main.age:I
   #3 = Class              #20            // com/itwanger/jvm/Main
   #4 = Class              #21            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               age
   #6 = Utf8               I
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               Lcom/itwanger/jvm/Main;
  #14 = Utf8               getAge
  #15 = Utf8               ()I
  #16 = Utf8               SourceFile
  #17 = Utf8               Main.java
  #18 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #19 = NameAndType        #5:#6          // age:I
  #20 = Utf8               com/itwanger/jvm/Main
  #21 = Utf8               java/lang/Object
{
  private int age;
    descriptor: I
    flags: (0x0002) ACC_PRIVATE
  public com.itwanger.jvm.Main();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: bipush        18
         7: putfield      #2                  // Field age:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 4
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      11     0  this   Lcom/itwanger/jvm/Main;
  public int getAge();
    descriptor: ()I
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field age:I
         4: ireturn
      LineNumberTable:
        line 9: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/itwanger/jvm/Main;
}
SourceFile: "Main.java"
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