【JVM学习笔记】-字节码-第一章(多图,多表,实操)
一 什么是字节码
java中通过编译, 会将我们程序员编写的文件转换成为一种 .class结尾的文件,我们称之为字节码文件.它是一种二进制文件(很明显是给计算机看的文件),是Java虚拟机中运行的文件.
1.1 如何在IDEA中查看标准的,未经过IDEA反编译过的 .calss文件
(1) javap
IDEA中在 Terminal 终端中,我们通过 javap 命令来查看某个java文件的字节码文件
(2) javap -c
javap -c能够将字节码文件中助记符呈现出来,能够让我们更加详细的看到字节码文件的原貌
(3) javap -verbose
使用 javap -verbose命令分析一个字节码文件时, 将会分析该字节码文件的魔数,版本号,类信息,类的构造方法,类中的方法信息,类变量与成员变量等信息;
1.2 Java字节码整体结构
| 字节数 | 名称 | 含义 |
|---|---|---|
| 4个字节 | Magic Number | 魔数,值为0xCAFEBABE, 是Java的创始人 James Gosling 制定 |
| 2+2个字节 | Version | 包括minor_version和major_version; minor_version：1.1(45),1.2(46)…1.8(52),指令多年不变,但是版本号每次都发生变化 |
| 2+n个字节 | Constant Pool | 包括字符串常量和数值常量等 |
| 2个字节 | This Class Name | 当前类的名字 |
| 2个字节 | Super Class Name | 父类的名字 |
| 2+n个字节 | Interfaces | 接口相关的信息(2部分组成:前两个字节表示有几个接口,后n个字节表示具体的每一个接口) |
| 2+n个字节 | Fields | 当前类的成员变量信息,组成同上 |
| 2+n个字节 | Methods | 当前类的方法的信息 |
| 2+n个字节 | Attributes | 当前类的附加的属性 |
普及两个概念
- 字节数据直接量
这是基本的数据类型, 共细分为 u1, u2, u4, u8四种, 分别代表连续的1个字节,2个字节,4个字节,8个字节组成的整体数据;
- 表(数组)
表是由多个基本数据或其他表,按照既定顺序组成的大数据集合. 表是有结构的, 它的结构体现在: 组成表的分析所在的位置和顺序都是已经严格定义好的;
1.3 通过工具WinHex打开字节码文件,查看16进制文件内容
1.4 Java字节码结构解读
- 魔数
所有的
.class字节码文件的前4个字节都是魔数, 魔数值为固定值:0xCAFEBABE(cafe babe)
- 版本信息
魔数之后的4个字节为版本信息, 前两个字节表示 minor version(次版本号), 后两个字节表示 major_version(主版本号). 这里 1.3中4,5,6,7 四个字节表示版本号,为
00 00 00 34,换算成10进制,表示次版本号(0000) 为0, 主版本号(0034)为52(52对应java版本为1.8),所以该文件的Java版本号为:1.8.0(这个在1.2的javap -verbose编译的信息中可以看到)
- 常量池(Constant Pool)
紧接着主版本号之后的就是常量池入口. 一个Java类中定义的很多信息都是由常量池来维护和描述的. 可以将常量池看做是 class文件的资源仓库. 比如说 Java类中定义的方法与变量信息. 都是存储在常量池中. 常量池中主要存储两类常量: 字面量与符号引用. 字面量如文本字符串, java中声明为final的常量值等, 而符号引用如类和接口的全限定名,字段的名称和描述符,方法的名称和描述符等.
每个常量其结构为, 1(个字节) + n(个字节), 表示 常量类型 + 具体常量内容
class字节码文件的 16进制文件中 2位 1字节
常量类型根据下图Class文件结构中常量池中11中数据类型的结构总表来确定, 每个数据类型的结构都有明确标出
- 常量池的总体结构
Java类所对应的常量池主要由常量池数量与常量池数组(常量表)这两部分共同构成. 常量池数量紧跟在主版本号后面,占据2个字节; 常量池数组则紧跟在常量池数量之后. 常量池数组与一般的数组不同的是, 常量池数组中不同的元素的类型,结构都是不同的,长度当然也就是不同; 但是, 每一种元素的第一个数据都是一个 u1 类型,该字节是个标志位,兼具一个字节. JVM在解析常量池时, 会根据这个 u1 类型来获取元素的具体类型. 指的注意的是,常量池数组中元素的个数=常量池数-1(其中0暂时不使用),目的是满足某些常量池引值的数据在特定情况下需要表达"不引用任何一个常量池"的含义;根本原因就在于索引为0 也是一个常量(保留常量),只不过它不位于常量表中,这个常量就对应null值,所以常量池的索引从1而非0开始;(1.2图示中从#1开始就是这么个意思)
举个栗子吧,分析一下常量池的第一个常量
具体的字节码内容我们在 1.3通过 winHex工具打开,我们 只分析第一个常量,后面的都是一样的
上图我们分别标记了字节码表的前15个字节,共分成4各部分, 分别表示为 魔数 主次版本号 常量池数量 第一个常量池信息(这个我是根据上图 “Class文件结构中常量池中11中数据类型的结构总表” 得到的),因此我们只需要分析字节码0A 0004 0015
根据上面所述,第一个字节0A(换算成10进制为10),是该常量在 “常量池中11中数据类型的结构总表” 对应的一个类型, 为CONSTANT_Methodref_info,其包含三个部分,如下表,我们直接将解读内容也列举出来
| 名称 | 对应字节码 | 解读 |
|---|---|---|
| tag(u1即占一个字节) | 0A |
这个值需要去结构总表中找,即我们已经找到的CONSTANT_Methodref_info
|
| index(u2)具体含义看"结构总表" | 0004 |
对应常量池内容 java/lang/Object
|
| index(u2) | 0015(换算成10进制为 21) |
对应常量池内容 <init> ()V
|
表中说的常量池, 就是我们在 1.2中通过
javap -verbose编译字节码文件,得到的内容中的 Constant pool里面的数据
解读第一个常量,就是
Object类的构造方法. 因为<init>的意思就是构造函数而()V意思是不接受任何参数,无返回值; 结合一下,就是无参构造方法
其它常量池常量如上炮制即可
- 描述信息
在 JVM 规范中,每个变量/字段都有描述信息. 描述信息主要的作用是描述字段的数据类型,方法参数列表(包括数量,类型与顺序)与返回值. 根据描述符规则, 基本数据类型和代表无返回值的 void 类型都用一个大写字符 V 来表示, 对象类型则使用字符 L加对象的全限定名来表示. 为了压缩字节码文件的体积,对于基本数据类型, JVM都只使用一个大写字母来表示, 如下所示
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