【JVM】通过javap命令分析Java汇编指令
文章目录
- javap命令简述
- javap测试及内容详解
- 例子1
- 例子2
- 总结
- 转载说明
javap命令简述
javap是jdk自带的反解析工具。它的作用就是根据class字节码文件,反解析出当前类对应的code区(汇编指令)、本地变量表、异常表和代码行偏移量映射表、常量池等等信息。
当然这些信息中,有些信息(如本地变量表、指令和代码行偏移量映射表、常量池中方法的参数名称等等)需要在使用javac编译成class文件时,指定参数才能输出,比如,你直接javac xx.java,就不会在生成对应的局部变量表等信息,如果你使用javac -g xx.java就可以生成所有相关信息了。如果你使用的eclipse,则默认情况下,eclipse在编译时会帮你生成局部变量表、指令和代码行偏移量映射表等信息的。
通过反编译生成的汇编代码,我们可以深入的了解java代码的工作机制。比如我们可以查看i++;这行代码实际运行时是先获取变量i的值,然后将这个值加1,最后再将加1后的值赋值给变量i。
通过局部变量表,我们可以查看局部变量的作用域范围、所在槽位等信息,甚至可以看到槽位复用等信息。
javap的用法格式:
javap <options> <classes>
其中classes就是你要反编译的class文件。
在命令行中直接输入javap或javap -help可以看到javap的options有如下选项:
-help --help -? 输出此用法消息-version 版本信息,其实是当前javap所在jdk的版本信息,不是class在哪个jdk下生成的。-v -verbose 输出附加信息(包括行号、本地变量表,反汇编等详细信息)-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 显示静态最终常量-classpath <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
一般常用的是-v -l -c三个选项。
javap -v classxx,不仅会输出行号、本地变量表信息、反编译汇编代码,还会输出当前类用到的常量池等信息。
javap -l 会输出行号和本地变量表信息。
javap -c 会对当前class字节码进行反编译生成汇编代码。
查看汇编代码时,需要知道里面的jvm指令,可以参考官方文档:
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html
另外通过jclasslib工具也可以看到上面这些信息,而且是可视化的,效果更好一些。
javap测试及内容详解
前面已经介绍过javap输出的内容有哪些,东西比较多,这里主要介绍其中code区(汇编指令)、局部变量表和代码行偏移映射三个部分。
如果需要分析更多的信息,可以使用javap -v进行查看。
另外,为了更方便理解,所有汇编指令不单拎出来讲解,而是在反汇编代码中以注释的方式讲解。
下面写段代码测试一下:
例子1
分析一下下面的代码反汇编之后结果:
public class TestDate {private int count = 0;public static void main(String[] args) {TestDate testDate = new TestDate();testDate.test1();}public void test1(){Date date = new Date();String name1 = "wangerbei";test2(date,name1); System.out.println(date+name1);}public void test2(Date dateP,String name2){dateP = null;name2 = "zhangsan";}public void test3(){count++;}public void test4(){int a = 0;{int b = 0;b = a+1;}int c = a+1;}
}
上面代码通过javac -g 生成class文件,然后通过javap命令对字节码进行反汇编:
$ javap -c -l TestDate
得到下面内容(指令等部分是我参照着官方文档总结的):
Warning: Binary file TestDate contains com.justest.test.TestDate
Compiled from "TestDate.java"
public class com.justest.test.TestDate {//默认的构造方法,在构造方法执行时主要完成一些初始化操作,包括一些成员变量的初始化赋值等操作public com.justest.test.TestDate();Code:0: aload_0 //从本地变量表中加载索引为0的变量的值,也即this的引用,压入栈1: invokespecial #10 //出栈,调用java/lang/Object."<init>":()V 初始化对象,就是this指定的对象的init()方法完成初始化4: aload_0 // 4到6表示,调用this.count = 0,也即为count复制为0。这里this引用入栈5: iconst_0 //将常量0,压入到操作数栈6: putfield //出栈前面压入的两个值(this引用,常量值0), 将0取出,并赋值给count9: return
//指令与代码行数的偏移对应关系,每一行第一个数字对应代码行数,第二个数字对应前面code中指令前面的数字LineNumberTable:line 5: 0line 7: 4line 5: 9//局部变量表,start+length表示这个变量在字节码中的生命周期起始和结束的偏移位置(this生命周期从头0到结尾10),slot就是这个变量在局部变量表中的槽位(槽位可复用),name就是变量名称,Signatur局部变量类型描述LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 10 0 this Lcom/justest/test/TestDate;public static void main(java.lang.String[]);Code:
// new指令,创建一个class com/justest/test/TestDate对象,new指令并不能完全创建一个对象,对象只有在初,只有在调用初始化方法完成后(也就是调用了invokespecial指令之后),对象才创建成功,0: new //创建对象,并将对象引用压入栈3: dup //将操作数栈定的数据复制一份,并压入栈,此时栈中有两个引用值4: invokespecial #20 //pop出栈引用值,调用其构造函数,完成对象的初始化7: astore_1 //pop出栈引用值,将其(引用)赋值给局部变量表中的变量testDate8: aload_1 //将testDate的引用值压入栈,因为testDate.test1();调用了testDate,这里使用aload_1从局部变量表中获得对应的变量testDate的值并压入操作数栈9: invokevirtual #21 // Method test1:()V 引用出栈,调用testDate的test1()方法12: return //整个main方法结束返回LineNumberTable:line 10: 0line 11: 8line 12: 12//局部变量表,testDate只有在创建完成并赋值后,才开始声明周期LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 13 0 args [Ljava/lang/String;8 5 1 testDate Lcom/justest/test/TestDate;public void test1();Code:0: new #27 // 0到7创建Date对象,并赋值给date变量3: dup4: invokespecial #29 // Method java/util/Date."<init>":()V7: astore_18: ldc #30 // String wangerbei,将常量“wangerbei”压入栈10: astore_2 //将栈中的“wangerbei”pop出,赋值给name111: aload_0 //11到14,对应test2(date,name1);默认前面加this.12: aload_1 //从局部变量表中取出date变量13: aload_2 //取出name1变量14: invokevirtual #32 // Method test2: (Ljava/util/Date;Ljava/lang/String;)V 调用test2方法// 17到38对应System.out.println(date+name1);17: getstatic #36 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;//20到35是jvm中的优化手段,多个字符串变量相加,不会两两创建一个字符串对象,而使用StringBuilder来创建一个对象20: new #42 // class java/lang/StringBuilder23: dup24: invokespecial #44 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V27: aload_128: invokevirtual #45 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;31: aload_232: invokevirtual #49 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;35: invokevirtual #52 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;38: invokevirtual #56 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V invokevirtual指令表示基于类调用方法41: returnLineNumberTable:line 15: 0line 16: 8line 17: 11line 18: 17line 19: 41LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 42 0 this Lcom/justest/test/TestDate;8 34 1 date Ljava/util/Date;11 31 2 name1 Ljava/lang/String;public void test2(java.util.Date, java.lang.String);Code:0: aconst_null //将一个null值压入栈1: astore_1 //将null赋值给dateP2: ldc #66 // String zhangsan 从常量池中取出字符串“zhangsan”压入栈中4: astore_2 //将字符串赋值给name25: returnLineNumberTable:line 22: 0line 23: 2line 24: 5LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 6 0 this Lcom/justest/test/TestDate;0 6 1 dateP Ljava/util/Date;0 6 2 name2 Ljava/lang/String;public void test3();Code:0: aload_0 //取出this,压入栈1: dup //复制操作数栈栈顶的值,并压入栈,此时有两个this对象引用值在操作数组栈2: getfield #12// Field count:I this出栈,并获取其count字段,然后压入栈,此时栈中有一个this和一个count的值5: iconst_1 //取出一个int常量1,压入操作数栈6: iadd // 从栈中取出count和1,将count值和1相加,结果入栈7: putfield #12 // Field count:I 一次弹出两个,第一个弹出的是上一步计算值,第二个弹出的this,将值赋值给this的count字段10: returnLineNumberTable:line 27: 0line 28: 10LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 11 0 this Lcom/justest/test/TestDate;public void test4();Code:0: iconst_01: istore_12: iconst_03: istore_24: iload_15: iconst_16: iadd7: istore_28: iload_19: iconst_110: iadd11: istore_212: returnLineNumberTable:line 33: 0line 35: 2line 36: 4line 38: 8line 39: 12//看下面,b和c的槽位slot一样,这是因为b的作用域就在方法块中,方法块结束,局部变量表中的槽位就被释放,后面的变量就可以复用这个槽位LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 13 0 this Lcom/justest/test/TestDate;2 11 1 a I4 4 2 b I12 1 2 c I
}
例子2
下面一个例子
先有一个User类:
public class User {private String name;private int age;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
然后写一个操作User对象的测试类:
public class TestUser {private int count;public void test(int a){count = count + a;}public User initUser(int age,String name){User user = new User();user.setAge(age);user.setName(name);return user;}public void changeUser(User user,String newName){user.setName(newName);}
}
先javac -g 编译成class文件。
然后对TestUser类进行反汇编:
$ javap -c -l TestUser
得到反汇编结果如下:
Warning: Binary file TestUser contains com.justest.test.TestUser
Compiled from "TestUser.java"public class com.justest.test.TestUser {//默认的构造函数public com.justest.test.TestUser();Code:0: aload_01: invokespecial #10 // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 3: 0LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 5 0 this Lcom/justest/test/TestUser;public void test(int);Code:0: aload_0 //取this对应的对应引用值,压入操作数栈1: dup //复制栈顶的数据,压入栈,此时栈中有两个值,都是this对象引用2: getfield #18 // 引用出栈,通过引用获得对应count的值,并压入栈5: iload_1 //从局部变量表中取得a的值,压入栈中6: iadd //弹出栈中的count值和a的值,进行加操作,并将结果压入栈7: putfield #18 // 经过上一步操作后,栈中有两个值,栈顶为上一步操作结果,栈顶下面是this引用,这一步putfield指令,用于将栈顶的值赋值给引用对象的count字段10: return //return voidLineNumberTable:line 8: 0line 9: 10LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 11 0 this Lcom/justest/test/TestUser;0 11 1 a Ipublic com.justest.test.User initUser(int, java.lang.String);Code:0: new #23 // class com/justest/test/User 创建User对象,并将引用压入栈3: dup //复制栈顶值,再次压入栈,栈中有两个User对象的地址引用4: invokespecial #25 // Method com/justest/test/User."<init>":()V 调用user对象初始化7: astore_3 //从栈中pop出User对象的引用值,并赋值给局部变量表中user变量8: aload_3 //从局部变量表中获得user的值,也就是User对象的地址引用,压入栈中9: iload_1 //从局部变量表中获得a的值,并压入栈中,注意aload和iload的区别,一个取值是对象引用,一个是取int类型数据10: invokevirtual #26 // Method com/justest/test/User.setAge:(I)V 操作数栈pop出两个值,一个是User对象引用,一个是a的值,调用setAge方法,并将a的值传给这个方法,setAge操作的就是堆中对象的字段了13: aload_3 //同7,压入栈14: aload_2 //从局部变量表取出name,压入栈15: invokevirtual #29 // MethodUser.setName:(Ljava/lang/String;)V 操作数栈pop出两个值,一个是User对象引用,一个是name的值,调用setName方法,并将a的值传给这个方法,setName操作的就是堆中对象的字段了18: aload_3 //从局部变量取出User引用,压入栈19: areturn //areturn指令用于返回一个对象的引用,也就是上一步中User的引用,这个返回值将会被压入调用当前方法的那个方法的栈中objectref is popped from the operand stack of the current frame ([§2.6](https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-2.html#jvms-2.6)) and pushed onto the operand stack of the frame of the invokerLineNumberTable:line 12: 0line 13: 8line 14: 13line 15: 18LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 20 0 this Lcom/justest/test/TestUser;0 20 1 age I0 20 2 name Ljava/lang/String;8 12 3 user Lcom/justest/test/User;public void changeUser(com.justest.test.User, java.lang.String);Code:0: aload_1 //局部变量表中取出user,也即User对象引用,压入栈1: aload_2 //局部变量表中取出newName,压入栈2: invokevirtual #29 // Method User.setName:(Ljava/lang/String;)V pop出栈newName值和TestUser引用,调用其setName方法,并将newName的值传给这个方法5: returnLineNumberTable:line 19: 0line 20: 5LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 6 0 this Lcom/justest/test/TestUser;0 6 1 user Lcom/justest/test/User;0 6 2 newName Ljava/lang/String;public static void main(java.lang.String[]);Code:0: new #1 // class com/justest/test/TestUser 创建TestUser对象,将引用压入栈3: dup //复制引用,压入栈4: invokespecial #43 // Method "<init>":()V 引用值出栈,调用构造方法,对象初始化7: astore_1 //引用值出栈,赋值给局部变量表中变量tu8: aload_1 //取出tu值,压入栈9: bipush 10 //将int值10压入栈11: ldc #44 // String wangerbei 从常量池中取出“wangerbei” 压入栈13: invokevirtual #46 // Method initUser(ILjava/lang/String;)Lcom/justest/test/User; 调用tu的initUser方法,并返回User对象 ,出栈三个值:tu引用,10和“wangerbei”,并且initUser方法的返回值,即User的引用,也会被压入栈中,参考前面initUser中的areturn指令16: astore_2 //User引用出栈,赋值给user变量17: aload_1 //取出tu值,压入栈18: aload_2 //取出user值,压入栈19: ldc #48 // String lisi 从常量池中取出“lisi”压入栈21: invokevirtual #50 // Method changeUser:(Lcom/justest/test/User;Ljava/lang/String;)V 调用tu的changeUser方法,并将user引用和lisi传给这个方法24: return //return voidLineNumberTable:line 23: 0line 24: 8line 25: 17line 26: 24LocalVariableTable:Start Length Slot Name Signature0 25 0 args [Ljava/lang/String;8 17 1 tu Lcom/justest/test/TestUser;17 8 2 user Lcom/justest/test/User;}
总结
1、通过javap命令可以查看一个java类反汇编、常量池、变量表、指令代码行号表等等信息。
2、平常,我们比较关注的是java类中每个方法的反汇编中的指令操作过程,这些指令都是顺序执行的,可以参考官方文档查看每个指令的含义,很简单:
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html#jvms-6.5.areturn
3、通过对前面两个例子代码反汇编中各个指令操作的分析,可以发现,一个方法的执行通常会涉及下面几块内存的操作:
(1)java栈中:局部变量表、操作数栈。这些操作基本上都值操作。
(2)java堆。通过对象的地址引用去操作。
(3)常量池。
(4)其他如帧数据区、方法区(jdk1.8之前,常量池也在方法区)等部分,测试中没有显示出来,这里说明一下。
在做值相关操作时:
一个指令,可以从局部变量表、常量池、堆中对象、方法调用、系统调用中等取得数据,这些数据(可能是指,可能是对象的引用)被压入操作数栈。
一个指令,也可以从操作数数栈中取出一到多个值(pop多次),完成赋值、加减乘除、方法传参、系统调用等等操作。
转载说明
原文作者:王二北
原文链接:https://www.jianshu.com/p/6a8997560b05
原文来源:简书
转载用途:学习、分享、非商业用途
转载理由:详细讲解如何使用javap命令分析JVM汇编指令,很有学习价值。
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