一文看懂Java字节码
随着Java语言的不断的发展，Java的应用场景慢慢被扩大，各种优雅解决问题的技术也不断衍生，如AOP技术，清晰理解Java运行原理就显得很有必要，本篇文章重点讲解Java字节码相关知识。
字节码基础
Java文件通过编译器生成的是class字节码文件，字节码文件也有文件自己的格式，这里不详细展开，直接通过Java自己带的工具查看一下。 首先我们的测试类文件如下：
public class Person {
public String name;
public 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;
}
}
复制代码
定义了一个Person类，里面有name和age的属性，编译后生成Person.class文件，直接使用Java工具dump这个class文件，dump命令如下：
javap -v -p Person.class 复制代码
dump生成的内容如下：
public class com.sec.resourceparse.Person
minor version: 0
major version: 51
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #5.#27 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #4.#28 // com/sec/resourceparse/Person.name:Ljava/lang/String;
#3 = Fieldref #4.#29 // com/sec/resourceparse/Person.age:I
#4 = Class #30 // com/sec/resourceparse/Person
#5 = Class #31 // java/lang/Object
#6 = Utf8 name
#7 = Utf8 Ljava/lang/String;
#8 = Utf8 age
#9 = Utf8 I
#10 = Utf8 <init>
#11 = Utf8 ()V
#12 = Utf8 Code
#13 = Utf8 LineNumberTable
#14 = Utf8 LocalVariableTable
#15 = Utf8 this
#16 = Utf8 Lcom/sec/resourceparse/Person;
#17 = Utf8 getName
#18 = Utf8 ()Ljava/lang/String;
#19 = Utf8 setName
#20 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#21 = Utf8 getAge
#22 = Utf8 ()I
#23 = Utf8 setAge
#24 = Utf8 (I)V
#25 = Utf8 SourceFile
#26 = Utf8 Person.java
#27 = NameAndType #10:#11 // "<init>":()V
#28 = NameAndType #6:#7 // name:Ljava/lang/String;
#29 = NameAndType #8:#9 // age:I
#30 = Utf8 com/sec/resourceparse/Person
#31 = Utf8 java/lang/Object
{
public java.lang.String name;
descriptor: Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
public int age;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC
public com.sec.resourceparse.Person();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
public java.lang.String getName();
descriptor: ()Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #2 // Field name:Ljava/lang/String;
4: areturn
LineNumberTable:
line 9: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
public void setName(java.lang.String);
descriptor: (Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=2
0: aload_0
1: aload_1
2: putfield #2 // Field name:Ljava/lang/String;
5: return
LineNumberTable:
line 13: 0
line 14: 5
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 6 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
0 6 1 name Ljava/lang/String;
复制代码
这里截取了部分内容，先简单看一下，首先是类信息的介绍：
public class com.sec.resourceparse.Person minor version: 0 major version: 51 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER 复制代码
类名，编译的JDK版本，以及访问修饰符
然后字符串池：
Constant pool: #1 = Methodref #5.#27 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #4.#28 // com/sec/resourceparse/Person.name:Ljava/lang/String; #3 = Fieldref #4.#29 // com/sec/resourceparse/Person.age:I #4 = Class #30 // com/sec/resourceparse/Person #5 = Class #31 // java/lang/Object #6 = Utf8 name #7 = Utf8 Ljava/lang/String; 复制代码
这里包含整个类里面的字符串，包含声明的类信息，属性等
最后是方法的信息：
public java.lang.String getName();
descriptor: ()Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #2 // Field name:Ljava/lang/String;
4: areturn
LineNumberTable:
line 9: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
复制代码
这里主要是方法名，访问修饰符，以及操作栈执行流程信息
看完整个类的class文件，下面介绍字节码相关的基础知识。
访问修饰符
上述字节码中类，属性以及方法中均有flag信息，这个就是修饰符，在字节码中类访问修饰符及对应值如下所示：
| 标志符名称 | 标志符值 | 释义 |
|---|---|---|
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | Public 类型 |
| ACC_FINAL | 0x0010 | Final类型 |
| ACC_SUPER | 0x0020 | 是否允许使用invokespecial字节码指令的新语义 |
| ACC_INTERFACE | 0x0200 | 接口修饰符 |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | abstract修饰符 |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 标志这个类并非由用户代码生成 |
| ACC_ANNOTATION | 0x2000 | 注解修饰符 |
| **ACC_ENUM | 0x400 | 枚举修饰符 |
上面介绍的是类的访问修饰符，那么属性以及方法的也是类似的，只是相对而言比较简单，这里就不继续展开了。
类型对照表
JAVA中有基本类型，数组，以及对象，字节码中对类型的表示有所区别，对照表如下所示：
| 类型 | 字节码表示 | 释义 |
|---|---|---|
| byte | B | 字节 |
| boolean | Z | bool |
| char | C | 字符 |
| short | S | 短整型 |
| int | I | 整型 |
| float | F | 浮点数 |
| long | J | 长整型 |
| double | D | 浮点数 |
| void | V | 空返回值 |
| 类 | Ljava/lang/Object; | 对象类型 |
| 数组 | [] | [ |
其中类是以L开头，中间是类路径，最后以；结尾,上面的数组是单个数组，要结合其他类型一起使用，如int[]的字节码是[I，int[][]的字节码是[[I.
方法解析
上面已经介绍了访问修饰符以及JAVA字节码中类型对照,下面讲解一下方法的解析，拿上面的方法举例，如下所示：
public java.lang.String getName();
descriptor: ()Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #2 // Field name:Ljava/lang/String;
4: areturn
LineNumberTable:
line 9: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
复制代码
- descriptor：方法描述，描述的是方法参数以及返回值类型，其格式为： (参数类型)返回值类型，这里表示方法为无参且返回值为String
- flags: 为方法的访问修饰符，这里表示为Public
- Code：具体方法栈的描述
- stack：栈分配最大深度
- locals：方法内局部变量个数
- args_size：方法参数数量
- LineNumberTable：方法行数信息（不关注，没有细看）
- LocalVariableTable：局部变量对照表
这里简单解释一下，类方法最少有一个参数，这个参数就是类对象本身，相当于this关键字，而且下标是0。
字节码指令
上面已经介绍了字节码相关的基础知识，但是没有详细说明字节码指令相关内容，本节就重点介绍字节码指令内容，字节码指令主要分为如下几类：
-
存储与加载类指令
加载参数到操作栈，或者将操作栈中的数据存到局部变量中，主要包括load系列指令，store和push等指令 -
对象操作指令
对象指令主要包括new生成对象，从对象中获取属性等操作，如getField和putField以及getStatic和putStatic等 - 栈管理指令 pop和dup等压栈和推出栈指令
-
运算指令
运算指令主要是对数据进行加减乘除等指令，这里也只会在操作栈中执行 -
控制跳转指令
ifelse等条件判断指令，还有goto等 -
方法调用和返回指令
主要包括invoke系列指令和return系列指令，其中invoke是执行方法的指令，return是返回系列指令
操作栈流程
上面已经基本介绍完字节码所有的内容了，这里实战讲解方法操作流程。先记住下面这个点:
JAVA方法执行都是基于栈进行的，方法调用指令调用后都会出栈，如果方法有返回值，则将返回值压栈
先分析一个简单的：
public java.lang.String getName();
descriptor: ()Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #2 // Field name:Ljava/lang/String;
4: areturn
LineNumberTable:
line 9: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Person;
复制代码
1.aload_0:这里是将第0个参数，压栈，参数的类型是对象（前面分析过是this）
2.getfield:从当前栈顶对象获取name的属性，并且将其压入栈中
3.areturn:当前栈顶是一个String类型的值，所以返回的使用要使用areturn
再介绍一个稍微复杂一点的列子：
public class Manager {
public static void main(String [] args) {
String resPath = "/Users/Desktop/resources.arsc";
FileInputStream ins = null;
ByteArrayOutputStream ous = null;
try {
ins = new FileInputStream(new File(resPath));
ous = new ByteArrayOutputStream();
int length = -1;
byte data[] = new byte[4 * 1024];
while ((length = ins.read(data)) != -1) {
ous.write(data, 0, length);
}
byte[] resData = ous.toByteArray();
ParseUtils.parseRes(resData);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
复制代码
对应的字节码如下所示：
public com.sec.resourceparse.Manager();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 7: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Manager;
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=5, locals=7, args_size=1
0: ldc #2 // String /Users/Desktop/resources.arsc
2: astore_1
3: aconst_null
4: astore_2
5: aconst_null
6: astore_3
7: new #3 // class java/io/FileInputStream
10: dup
11: new #4 // class java/io/File
14: dup
15: aload_1
16: invokespecial #5 // Method java/io/File."<init>":(Ljava/lang/String;)V
19: invokespecial #6 // Method java/io/FileInputStream."<init>":(Ljava/io/File;)V
22: astore_2
23: new #7 // class java/io/ByteArrayOutputStream
26: dup
27: invokespecial #8 // Method java/io/ByteArrayOutputStream."<init>":()V
30: astore_3
31: iconst_m1
32: istore 4
34: sipush 4096
37: newarray byte
39: astore 5
41: aload_2
42: aload 5
44: invokevirtual #9 // Method java/io/FileInputStream.read:([B)I
47: dup
48: istore 4
50: iconst_m1
51: if_icmpeq 66
54: aload_3
55: aload 5
57: iconst_0
58: iload 4
60: invokevirtual #10 // Method java/io/ByteArrayOutputStream.write:([BII)V
63: goto 41
66: aload_3
67: invokevirtual #11 // Method java/io/ByteArrayOutputStream.toByteArray:()[B
70: astore 6
72: aload 6
74: invokestatic #12 // Method com/sec/resourceparse/ParseUtils.parseRes:([B)V
77: goto 87
80: astore 4
82: aload 4
84: invokevirtual #14 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
87: return
复制代码
这个Manager中只声明了一个static的main方法，但是字节码中有一个init的方法，其实就是默认的无参构造方法，先看一下这个方法的字节码:
public com.sec.resourceparse.Manager();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 7: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/sec/resourceparse/Manager;
复制代码
1.aload_0：将this对象压入栈中
2.invokespecial：调用栈顶对象的特殊方法init方法，由于init的返回值类型为V，所以调用后栈顶就为空
3.return：由于栈顶没有值，所以直接执行return指令就可以了
再重点看下另外一个方法：
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=5, locals=7, args_size=1
0: ldc #2 // String /Users/Desktop/resources.arsc
2: astore_1
3: aconst_null
4: astore_2
5: aconst_null
6: astore_3
7: new #3 // class java/io/FileInputStream
10: dup
11: new #4 // class java/io/File
14: dup
15: aload_1
16: invokespecial #5 // Method java/io/File."<init>":(Ljava/lang/String;)V
19: invokespecial #6 // Method java/io/FileInputStream."<init>":(Ljava/io/File;)V
22: astore_2
23: new #7 // class java/io/ByteArrayOutputStream
26: dup
27: invokespecial #8 // Method java/io/ByteArrayOutputStream."<init>":()V
30: astore_3
31: iconst_m1
32: istore 4
34: sipush 4096
37: newarray byte
39: astore 5
41: aload_2
42: aload 5
44: invokevirtual #9 // Method java/io/FileInputStream.read:([B)I
47: dup
48: istore 4
50: iconst_m1
51: if_icmpeq 66
54: aload_3
55: aload 5
57: iconst_0
58: iload 4
60: invokevirtual #10 // Method java/io/ByteArrayOutputStream.write:([BII)V
63: goto 41
66: aload_3
67: invokevirtual #11 // Method java/io/ByteArrayOutputStream.toByteArray:()[B
70: astore 6
72: aload 6
74: invokestatic #12 // Method com/sec/resourceparse/ParseUtils.parseRes:([B)V
77: goto 87
80: astore 4
82: aload 4
84: invokevirtual #14 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
87: return
复制代码
方法解释：
- ([Ljava/lang/String;)V：参数是一个String的一维数组，无返回值
- flags：访问修饰符为static 和 public的
堆栈操作解释：
0:压栈一个String类型的对象，值为:"/Users/Desktop/resources.arsc"
2-6:
- 弹出栈顶元素并且存在局部变量1中
- 将null压入栈中
- 弹出栈顶元素null，并且存在局部变量2中
- 将null压入栈中
- 弹出栈顶元素null，并且存在局部变量3中
上面操作结束后，方法栈和局部变量如下所示：
7-30:
- new一个java/io/FileInputStream对象，并且压入栈中
- dup：将上面产生的对象再压入栈中，当前栈有2个FileInputStream对象了
- new一个java/io/File对象，并且压入栈中
-
dup：将上面产生的File对象再压入栈中，当前栈有2个File对象了
- aload_1：将局部变量1压入栈中，也就是String值压入栈中
-
invokespecial：调用File的init方法，参数是String，无返回值
- invokespecial：调用FileInputStream对象的方法，参数是File，无返回值
-
astore_2：将栈顶元素存到局部变量2中
- new一个java/io/ByteArrayOutputStream对象，并且压入栈中
- dup：将上面产生的对象再压入栈中，当前栈中有2个ByteArrayOutputStream对象
- invokespecial：调用ByteArrayOutputStream的init方法
-
将栈顶元素存到局部变量3中
31-42
- iconst_m1:将-1压入栈中
- istore 4:将栈顶弹出，存到局部变量4中
- sipush 4096：将4096 int类型的数压入栈顶
- newarray ：取出栈的数，创建数组，并压入栈中
-
astore 5：弹出栈的元素并且存入局部变量5中
- aload_2：将局部变量2压入栈中
- aload 5：将局部变量5压入栈中
- invokevirtual：执行FileInputStream的read方法，参数为byte数组，返回值为int
- dup：复制栈顶元素，并且压入栈中
- istore 4：弹出栈顶元素并且存到局部变量4中
-
iconst_m1：将-1再压入栈中
- if_icmpeq 66：比较栈顶2个int数是否相等，相等就直接跳到66行，负责执行下面的逻辑
上面逻辑基本就这样分析，这个方法比较长，就不继续向下分析，都是一样的步骤
操作栈流程的关键：所有的操作都伴随着压栈和出栈的逻辑，如方法调用，使用到的在栈中的类和参数会被出栈，如果方法有返回值，则将返回值压栈。
总结
字节码知识还是比较重要的，理解字节码知识能清晰的理解JVM运行机制，同时为后面AOP直接操作字节码打下基础。
参考：
segmentfault.com/a/119000000… my.oschina.net/ta8210/blog…正文到此结束
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