字节码基础

news2024/10/5 13:07:52

基本概念

java中的字节码，英文bytecode。是java代码编译后的中间代码格式。JVM需要读取并解析字节码才能执行相应的任务。java字节码是JVM的指令集。JVM加载字节码格式的class文件。校验之后通过JIT编译器转换成本机机器代码执行。

java字节码简介

1、java bytecode由单字节（byte）的指令组成，理论上最多支持256个操作码。实际上java只使用了200左右的操作码，还有一些操作码则保留给调试操作。

2、操作码（指令），主要有“类型前缀”和“操作名称”两部分组成。

3、指令性质分类，主要分成四个大类

--- 栈操作指令，包括与局部变量交互的指令

--- 程序流程控制指令

--- 对象操作指令，包括方法调用指令

--- 算数运算以及类型转换指令

--- 此外还有一些执行专门任务的指令，比如同步（synchronization）指令，以及抛出异常相关的指令等等。

生成字节码

1、javac xxx.java 将java文件编译成class文件

2、javap -c xxx.class（或者xxx）反编译class文件，获取字节码清单

3、java中，如果不定义任何构造参数，就会有一个默认的无参构造函数。编译后的class文件证实了其中存在默认构造函数。

4、javap -c verbose xxx（指定 -verbose选项，会输入附加信息），java中每个构造函数中都会先调用super类的构造函数。（无参构造函数编译后存在以下指令）

5、Constant pool：常量池就是一个常量的大字典，使用编号的方式把程序里用到的各类常量统一管理起来，这样在字节码操作中，只需要引用编号即可。

查看方法的信息：descriptor: ([Ljava/lang/String;)V

。其中小括号内是入参信息形参信息

。左方括号表示数组

。L表示对象

。后面的 java/lang/String就是类名称

。小括号后面的v则表示这个方法的返回值是void

。方法的访问标志也很容易理解flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC，表示public和static

。stack=2, locals=2, args_size=1分别表示栈stack深度，局部变量表中保留的槽位数，方法的参数个数

线程栈与字节码执行模型

jvm是一台基于栈的计算机器，每个线程都有一个独属于自己的线程栈（JVM stack），用于存储栈帧（Frame）。每一次方法调用，jvm都会自动创建一个栈帧。栈帧由操作数栈，局部变量数组，一个class引用组成。class引用指向当前方法在运行时常量池中对应的class。

局部变量数组（局部变量表LocalVariableTable）:包含了方法的参数以及局部变量。局部变量表的大小在编译的时候就已经确定了。和局部变量表+形参的个数有关，还有每个变量/参数占用多少个字节。

操作数栈：是一个LIFO结构的栈，用于压栈和弹出值，它的大小也在编译的时候确定。有一些指令可以压栈或者从栈中取值操作，还有一些可以接受调用其他方法返回的结果值。

对象初始化指令

当看倒new ,dup , invokespecial指令在一起的时候，那么一定是在创建类的实例对象。

new: 指令只是创建对象，但是没有调用构造方法。

invokespecial: 指令用来调用某些特殊方法的，当然这里调用的是构造函数。

dup: 指令用来复制栈顶的值。由于构造函数调用不会返回值，所以如果没有dup指令，在对象上调用方法并初始化之后，操作数栈就会是空的，在初始化之后就会出现问题，接下来的代码就无法对其进行处理。这就是为什么要事先复制引用的原因，为的是在构造函数返回之后，可以将对象实例赋值给局部变量或某个字段。因此，接下来的那条指令一般是以下几种： astore {N} or astore_{N} – 赋值给局部变量，其中 {N} 是局部变量表中的位置。 putfield – 将值赋给实例字段 putstatic – 将值赋给静态字段在调用构造函数的时候，其实还会执行另一个类似的方法，甚至在执行构造函数之前就执行了。还有一个可能执行的方法是该类的静态初始化方法，但并不能被直接调用，而是由这些指令触发的： new , getstatic , putstatic or invokestatic 。 4.8 对象初始化指令：new指令, init 以及 clinit 简介 0: new #2 // class demo/jvm0104/HelloByteCode 3: dup 4: invokespecial #3 // Method "":()V 1 2 3 也就是说，如果创建某个类的新实例，访问静态字段或者调用静态方法，就会触发该类的静态初始化方法【如果尚未初始化】。