NB会玩，从 1+1=2 来理解 Java 字节码！

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编译“1+1”代码

首先我们需要写个简单的小程序，1+1 的程序，学习就要从最简单的 1+1 开始，代码如下：

 1package top.luozhou.test;23/**4 * @description:5 * @author: luozhou6 * @create: 2019-12-25 21:287 **/8public class TestJava {9    public static void main(String[] args) {
10        int a=1+1;
11        System.out.println(a);
12    }
13}

写好 java 类文件后，首先执行命令 javac TestJava.java 编译类文件，生成 TestJava.class。然后执行反编译命令 javap -verbose TestJava，字节码结果显示如下：

 1  Compiled from "TestJava.java"2public class top.luozhou.test.TestJava3  minor version: 04  major version: 565  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER6Constant pool:7   #1 = Methodref          #5.#14         // java/lang/Object."<init>":()V8   #2 = Fieldref           #15.#16        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;9   #3 = Methodref          #17.#18        // java/io/PrintStream.println:(I)V
10   #4 = Class              #19            // top/luozhou/test/TestJava
11   #5 = Class              #20            // java/lang/Object
12   #6 = Utf8               <init>
13   #7 = Utf8               ()V
14   #8 = Utf8               Code
15   #9 = Utf8               LineNumberTable
16  #10 = Utf8               main
17  #11 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
18  #12 = Utf8               SourceFile
19  #13 = Utf8               TestJava.java
20  #14 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
21  #15 = Class              #21            // java/lang/System
22  #16 = NameAndType        #22:#23        // out:Ljava/io/PrintStream;
23  #17 = Class              #24            // java/io/PrintStream
24  #18 = NameAndType        #25:#26        // println:(I)V
25  #19 = Utf8               top/luozhou/test/TestJava
26  #20 = Utf8               java/lang/Object
27  #21 = Utf8               java/lang/System
28  #22 = Utf8               out
29  #23 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
30  #24 = Utf8               java/io/PrintStream
31  #25 = Utf8               println
32  #26 = Utf8               (I)V
33{
34  public top.luozhou.test.TestJava();
35    descriptor: ()V
36    flags: ACC_PUBLIC
37    Code:
38      stack=1, locals=1, args_size=1
39         0: aload_0
40         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
41         4: return
42      LineNumberTable:
43        line 8: 0
44
45  public static void main(java.lang.String[]);
46    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
47    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
48    Code:
49      stack=2, locals=2, args_size=1
50         0: iconst_2
51         1: istore_1
52         2: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
53         5: iload_1
54         6: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
55         9: return
56      LineNumberTable:
57        line 10: 0
58        line 11: 2
59        line 12: 9
60}

解析字节码

基础信息

上述结果删除了部分不影响解析的冗余信息，接下来我们便来解析字节码的结果。

1 minor version: 0 次版本号，为0表示未使用
2 major version: 56 主版本号，56表示jdk12，表示只能运行在jdk12版本以及之后的虚拟机中
3
4flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER

ACC_PUBLIC：这就是一个是否是 public 类型的访问标志。

ACC_SUPER：这个 falg 是为了解决通过 invokespecial 指令调用 super 方法的问题。可以将它理解成 Java 1.0.2 的一个缺陷补丁，只有通过这样它才能正确找到 super 类方法。从 Java 1.0.2 开始，编译器始终会在字节码中生成 ACC_SUPER 访问标识。

常量池

接下来，我们将要分析常量池，你也可以对照上面整体的字节码来理解。

1#1 = Methodref          #5.#14         // java/lang/Object."<init>":()V

这是一个方法引用，这里的 #5 表示索引值，然后我们可以发现索引值为 5 的字节码如下：

1#5 = Class              #20            // java/lang/Object

它表示这是一个 Object 类，同理 #14 指向的是一个 "<init>":()V 表示引用的是初始化方法。

1#2 = Fieldref           #15.#16        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

上面这段表示是一个字段引用，同样引用了 #15 和 #16，实际上引用的就是 java/lang/System 类中的 PrintStream 对象。其他的常量池分析思路是一样的，鉴于篇幅我就不一一说明了，只列下其中的几个关键类型和信息。

NameAndType：这个表示是名称和类型的常量表，可以指向方法名称或者字段的索引，在上面的字节码中都是表示的实际的方法。

Utf8：我们经常使用的是字符编码，但是这个不是只有字符编码的意思，它表示一种字符编码是 Utf8 的字符串。它是虚拟机中最常用的表结构，你可以理解为它可以描述方法，字段，类等信息。比如：

1#4 = Class              #19
2#19 = Utf8               top/luozhou/test/TestJava

这里表示 #4 这个索引下是一个类，然后指向的类是 #19，#19 是一个 Utf8 表，最终存放的是 top/luozhou/test/TestJava，那么这样一连接起来就可以知道 #4 位置引用的类是 top/luozhou/test/TestJava 了。

构造方法信息

接下来，我们分析下构造方法的字节码，我们知道，一个类初始化的时候最先执行它的构造方法，如果你没有写构造方法，系统会默认给你添加一个无参的构造方法。

 1public top.luozhou.test.TestJava();2    descriptor: ()V3    flags: ACC_PUBLIC4    Code:5      stack=1, locals=1, args_size=16         0: aload_07         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V8         4: return9      LineNumberTable:
10        line 8: 0

descriptor: ()V：表示这是一个没有返回值的方法。

flags: ACC_PUBLIC：是公共方法。

stack=1, locals=1, args_size=1：表示栈中的数量为 1，局部变量表中的变量为 1，调用参数也为 1。

这里为什么都是 1 呢？这不是默认的构造方法吗？哪来的参数？其实 Java 语言有一个潜规则：在任何实例方法里面都可以通过 this 来访问到此方法所属的对象。而这种机制的实现就是通过 Java 编译器在编译的时候作为入参传入到方法中了，熟悉 python 语言的同学肯定会知道，在 python 中定义一个方法总会传入一个 self 的参数，这也是传入此实例的引用到方法内部，Java 只是把这种机制后推到编译阶段完成而已。所以，这里的 1 都是指 this 这个参数而已。

1         0: aload_0
2         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
3         4: return
4    LineNumberTable:
5        line 8: 0

经过上面这个分析对于这个构造方法表达的意思也就很清晰了。

aload_0：表示把局部变量表中的第一个变量加载到栈中，也就是 this。

invokespecial：直接调用初始化方法。

return：调用完毕方法结束。

LineNumberTable：这是一个行数的表，用来记录字节码的偏移量和代码行数的映射关系。line 8: 0 表示，源码中第 8 行对应的就是偏移量 0 的字节码，因为是默认的构造方法，所以这里并无法直观体现出来。

另外这里会执行 Object 的构造方法是因为，Object 是所有类的父类，子类的构造要先构造父类的构造方法。

main 方法信息

 1public static void main(java.lang.String[]);2    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V3    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC4    Code:5      stack=2, locals=2, args_size=16         0: iconst_27         1: istore_18         2: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;9         5: iload_1
10         6: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
11         9: return
12      LineNumberTable:
13        line 10: 0
14        line 11: 2
15        line 12: 9

有了之前构造方法的分析，我们接下来分析 main 方法也会熟悉很多，重复的我就略过了，这里重点分析 code 部分。

stack=2, locals=2, args_size=1：这里的栈和局部变量表为 2，参数还是为 1。这是为什么呢？因为 main 方法中声明了一个变量 a，所以局部变量表要加一个，栈也是，所以他们是 2。那为什么 args_size 还是 1 呢？你不是说默认会把 this 传入的吗？应该是 2 啊。注意：之前说的是在任何实例方法中，而这个 main 方法是一个静态方法，静态方法直接可以通过类 + 方法名访问，并不需要实例对象，所以这里就没必要传入了。

0: iconst_2：将 int 类型 2 推送到栈顶。

1: istore_1：将栈顶 int 类型数值存入第二个本地变量。

2: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;：获取 PrintStream 类。

5: iload_1：把第二个 int 型本地变量推送到栈顶。

6: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V：调用 println 方法。这里的 println 方法就会把栈顶的元素作为自己的入参来执行，最终也会输出 2。

9: return：调用完毕结束方法。

这里的 LineNumberTable 是有源码的，我们可以对照下我前面描述是否正确：

line 10: 0：第 10 行表示 0: iconst_2 字节码，这里我们发现编译器直接给我们计算好了把 2 推送到栈顶了。

line 11: 2：第 11 行源码对应的是 2: getstatic 获取输出的静态类 PrintStream。

line 12: 9：12 行源码对应的是 return，表示方法结束。

这里我也画了一个动态图片来演示 main 方法执行的过程，希望能够帮助你理解：

总结

这篇文章我从 1+1 的的源码编译开始，分析了生成后的 Java 字节码，包括类的基本信息，常量池，方法调用过程等，通过这些分析，我们对 Java 字节码有了比较基本的了解，也知道了Java 编译器会把优化手段通过编译好的字节码体现出来，比如我们的 1+1=2，字节码字节赋值一个 2 给变量，而不是进行加法运算，从而优化了我们的代码，提搞了执行效率。

作者：木木匠
链接：https://juejin.im/post/5e040c7151882512641679ed

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