jvm字节码浅析

本文通过一个简单的例子,分析jvm字节码的一些基本的概念。
例子:

public static void main(String args) {
		int a=2;
		int b=3;
		int c = a + b;
		System.out.println(c);
	}

将它编译为class文件,通过javap查看字节码并输出到Test.txt里面:javap -verbose Test.class >>Test.txt
看到的是:

Classfile /F:/code/java/test/out/production/test/Test.class
  Last modified Nov 18, 2018; size 544 bytes
  MD5 checksum c0b35e5d4791fdaa4f540b3c11e5afc0
  Compiled from "Test.java"
public class Test
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#23         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #24.#25        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = Methodref          #26.#27        // java/io/PrintStream.println:(I)V
   #4 = Class              #28            // Test
   #5 = Class              #29            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               <init>
   #7 = Utf8               ()V
   #8 = Utf8               Code
   #9 = Utf8               LineNumberTable
  #10 = Utf8               LocalVariableTable
  #11 = Utf8               this
  #12 = Utf8               LTest;
  #13 = Utf8               main
  #14 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #15 = Utf8               args
  #16 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #17 = Utf8               a
  #18 = Utf8               I
  #19 = Utf8               b
  #20 = Utf8               c
  #21 = Utf8               SourceFile
  #22 = Utf8               Test.java
  #23 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
  #24 = Class              #30            // java/lang/System
  #25 = NameAndType        #31:#32        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #26 = Class              #33            // java/io/PrintStream
  #27 = NameAndType        #34:#35        // println:(I)V
  #28 = Utf8               Test
  #29 = Utf8               java/lang/Object
  #30 = Utf8               java/lang/System
  #31 = Utf8               out
  #32 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #33 = Utf8               java/io/PrintStream
  #34 = Utf8               println
  #35 = Utf8               (I)V
{
  public Test();
    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 1: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LTest;

  public static void main(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: iconst_2
         1: istore_1
         2: iconst_3
         3: istore_2
         4: iload_1
         5: iload_2
         6: iadd
         7: istore_3
         8: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        11: iload_3
        12: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        15: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 2
        line 5: 4
        line 6: 8
        line 7: 15
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      16     0  args   Ljava/lang/String;
            2      14     1     a   I
            4      12     2     b   I
            8       8     3     c   I
}
SourceFile: "Test.java"

我们一步步分析这里面的内容
Classfile类文件的内容,接下去那些都是一些基本信息。
然后看Constant pool,常量池。

常量池

我们经常听说常量池,但是具体不知道是什么,这里就是常量池,在官方文档中,有一些对常量池的介绍:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.4
里面定义了很多类型的常量:
在这里插入图片描述
我们的代码里面有方法的引用:是常量1,指向常量5.常量23,这是个构造函数;
也有字段引用Fileldref,还有类的引用Class等等,稍后我们就会使用到这些常量。
接下去看到了构造函数,构造函数我们分析完了main方法来看就很容易了,所以不分析。main方法里面有个descriptor,包含了字段描述和方法描述符:

字段描述符

描述符是这个:(Ljava/lang/String;)V,这个Ljava/lang/String代表什么意思呢?看官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.3.3。看到这里又一个表:
在这里插入图片描述
L代表一个对象的引用。那么B代表byte,C代表char,I代表Integer等,还有数组是用[代表等等,后面我们还会看到。

方法描述符

刚刚:(Ljava/lang/String;)V这里我们知道了Ljava/lang/String代表了String对象的引用,剩下的看方法描述符的官网:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.3.3。
在这里插入图片描述
我们可以知道V代表了void也就是返回空值。
接下去的flags也不需要解释了,就是public和static。

code代码

接下去就是我们的code代码,首先我们要知道,我们的jvm的代码是基于栈的,不像x86系统基于寄存器的。

    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: iconst_2
         1: istore_1
         2: iconst_3
         3: istore_2
         4: iload_1
         5: iload_2
         6: iadd
         7: istore_3
         8: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        11: iload_3
        12: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        15: return

第一行的stack就是栈的深度2,locals就是本地变量表(下面还有讲解),本地变量表的最大长度(slot为单位),64位是2,其他是1,它的索引从0开始,如果是非static方法,索引0就代表this,后面是入参,再后面是本地变量。args_size=1代表了参数有一个。
一行行解释。如果有字节码指令看不懂,参考官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html

  • iconst_2就是把常量2压入栈,i是integer类型,const就是常量。此时栈元素个数为1,本地变量表元素个数为1(因为有一个入参args)
  • istore_1,就是把栈的元素放到本地变量表。此时栈元素个数为0,本地变量表元素个数为2。int a=2;这句代码执行完毕。
  • iconst_3,把常量3压入栈。此时栈元素个数为1,本地变量表元素个数为2.
  • istore_2,把栈的元素放到本地变量表。此时栈元素个数为0,本地变量表元素个数为3。int b=3;这句代码执行完毕。
  • iload_1,把本地表量表索引为1的数压入栈里面。此时栈元素个数为1,本地表量表元素个数为3.
  • iload_2,把本地表量表索引为2的数压入栈里面。此时栈元素个数为2,本地标量表元素个数为3.
  • iadd,把栈里面的两个元素出栈之后并相加,把相加的数放回到栈里面。此时栈元素个数为1,值为5,本地表量表元素个数为3.
  • istore_3,把栈里面的元素放到本地变量表的索引为3的位置。此时栈元素个数为0,本地表量元素个数为4。此时代码int c=a+b执行完毕。
  • getstatic #2,把常量池里面第二个元素读取出来,这是一个静态filed:java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;然后把这个filed放到栈里面。此时栈元素个数为1,值就是放进去的filedref,本地表量元素个数为4。
  • iload_3,把本地变量表里面索引为3的元素放到栈里面。此时栈元素个数为2,一个是filedref,一个是值5,本地表量元素个数为4,分别为args,2,3,5。
  • invokevirtual #3 执行常量池里面3号方法:java/io/PrintStream.println:(I)V。此时栈被清空,元素个数为0,本地变量表的个数为4。这个代码System.out.println©;执行完毕。
  • return 清空本地表量表并返回。此时栈元素格式为0,本地变量表元素个数为0。方法返回。

LineNumberTable

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.7.12
没什么好说吧,就是代码的第3行对应了我们编译出来代码的第0行,代码的第4行对应了编译出来代码的第2行,以此类推。这里也是比较清晰的。

LocalVariableTable

这个就是我们听说很多次的本地变量表:

        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      16     0  args   Ljava/lang/String;
            2      14     1     a   I
            4      12     2     b   I
            8       8     3     c   I

官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.6.1。
通过code的分析,我们知道本地标量表有4个变量,所以有4行,有4个slot。由于是64位系统,每个slot大小是2,里面的元素签名分别是string(传进去的参数)、Integer、Integer、Integer。
这段代码就简单的分析完毕,以后我们会更加深入分析别的一些情形。

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转载自blog.csdn.net/fst438060684/article/details/84202692