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Java字节码深入解析

2013年07月21日 ⁄ 综合 ⁄ 共 5126字 ⁄ 字号 评论关闭

一:Java字节代码的组织形式

类文件{

OxCAFEBABE,小版本号,大版本号,常量池大小,常量池数组,访问控制标记,当前类信息,父类信息,实现的接口个数,实现的接口信息数组,域个数,域信息数组,方法个数,方法信息数组,属性个数,属性信息数组

}

二:查看方法 --- javap命令

例子:有一个Java类Demo.java

public class Demo { 

    private String str1; 

    private String str2; 

    private int num1; 

    private int num2; 

    public static final String STATIC_DATA = "hello world"; 

     

    private void sayHello1(){ 

        System.out.println("this is method1..."); 

    } 

    private void sayHello2(){ 

        System.out.println("this is method2..."); 

    } 

    public void sayHello3(){ 

        System.out.println("this is method3..."); 

    } 

通过jdk自带的反编译工具命令 javap 可以查看class文件的字节码信息

D:\>javap -verbose Demo >> Demo.txt

Demo.txt:

Compiled from "Demo.java" 

public class Demo extends java.lang.Object 

  SourceFile: "Demo.java" 

  minor version: 0 

  major version: 49   

  

  Constant pool: 

const #1 = class      #2;   //  Demo 

const #2 = Asciz     Demo; 

const #3 = class      #4;   //  java/lang/Object 

const #4 = Asciz     java/lang/Object; 

const #5 = Asciz     str1; 

const #6 = Asciz     Ljava/lang/String;; 

const #7 = Asciz     str2; 

const #8 = Asciz     num1; 

const #9 = Asciz     I; 

const #10 = Asciz   num2; 

const #11 = Asciz   STATIC_DATA; 

const #12 = Asciz   ConstantValue; 

const #13 = String  #14; //  hello world 

const #14 = Asciz   hello world; 

const #15 = Asciz   <init>; 

const #16 = Asciz   ()V; 

const #17 = Asciz   Code; 

const #18 = Method       #3.#19;   //  java/lang/Object."<init>":()V 

const #19 = NameAndType    #15:#16;//  "<init>":()V 

const #20 = Asciz   LineNumberTable; 

const #21 = Asciz   LocalVariableTable; 

const #22 = Asciz   this; 

const #23 = Asciz   LDemo;; 

const #24 = Asciz   sayHello1; 

const #25 = Field   #26.#28;  //  java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 

const #26 = class    #27; //  java/lang/System 

const #27 = Asciz   java/lang/System; 

const #28 = NameAndType    #29:#30;//  out:Ljava/io/PrintStream; 

const #29 = Asciz   out; 

const #30 = Asciz   Ljava/io/PrintStream;; 

const #31 = String  #32; //  this is method1... 

const #32 = Asciz   this is method1...; 

const #33 = Method       #34.#36;  //  java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 

const #34 = class    #35; //  java/io/PrintStream 

const #35 = Asciz   java/io/PrintStream; 

const #36 = NameAndType    #37:#38;//  println:(Ljava/lang/String;)V 

const #37 = Asciz   println; 

const #38 = Asciz   (Ljava/lang/String;)V; 

const #39 = Asciz   sayHello2; 

const #40 = String  #41; //  this is method2... 

const #41 = Asciz   this is method2...; 

const #42 = Asciz   sayHello3; 

const #43 = String  #44; //  this is method3... 

const #44 = Asciz   this is method3...; 

const #45 = Asciz   SourceFile; 

const #46 = Asciz   Demo.java; 

  

public static final java.lang.String STATIC_DATA; 

  Constant value: String hello world 

public Demo(); 

  Code: 

   Stack=1, Locals=1, Args_size=1 

   0:      aload_0 

   1:      invokespecial  #18; //Method java/lang/Object."<init>":()V 

   4:      return 

  LineNumberTable: 

   line 2: 0 

  LocalVariableTable: 

   Start  Length  Slot  Name   Signature 

   0      5      0    this       LDemo; 

  

public void sayHello3(); 

  Code: 

   Stack=2, Locals=1, Args_size=1 

   0:      getstatic   #25; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 

   3:      ldc   #43; //String this is method3... 

   5:      invokevirtual  #33; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 

   8:      return 

  LineNumberTable: 

   line 17: 0 

   line 18: 8 

  LocalVariableTable: 

   Start  Length  Slot  Name   Signature 

   0      9      0    this       LDemo; 

解析:

1.版本号 major version: 49 //java版本 jdk1.6显示的是50, jdk1.5显示的是49,jdk1.4显示的是58 , 高版本能执行低版本的class文件

2.常量池Constant pool

Method:方法

Field:字段

String:字符串

Asciz:签名如<init>由jvm调用,其他是不能够去调用它的

NameAndType:变量名的类型

Class:类

通过字节码,我们可以看到Demo类 继承于java.lang.Object,如果类中没有显式声明构造函数的话,编译器会插入一个缺省无参的构造函数(构造函数在JVM级别是显示成<init>的普通函数)。

三:检测代码的效率问题

学习Java的过程中,都会了解到字符串合并时要用到StringBuffer 来代替String,那下面就来通过Java字节码来验证两种方式的效率性。

例子:一个Java类 TestString.java

<strong>public class TestString { 

    public String testString(String str1, String str2){ 

       return str1 + str2; 

    } 

    public String testStringBuffer(StringBuffer sb, String str){ 

       return sb.append(str).toString(); 

    } 

 </strong> 

javap –c TestString 后字节码信息:

Compiled from "TestString.java" 

public class TestString extends java.lang.Object{ 

public TestString(); 

  Code: 

   0:      aload_0 

   1:      invokespecial  #8; //Method java/lang/Object."<init>":()V 

   4:      return 

  

public java.lang.String testString(java.lang.String, java.lang.String); 

  Code: 

   0:      new #16; //class java/lang/StringBuilder 

   3:      dup 

   4:      aload_1 

   5:      invokestatic    #18; //Method java/lang/String.valueOf:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; 

   8:      invokespecial  #24; //Method java/lang/StringBuilder."<init>":(Ljava/lang/String;)V 

   11:     aload_2 

   12:    invokevirtual  #27; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 

   15:    invokevirtual  #31; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 

   18:    areturn 

  

public java.lang.String testStringBuffer(java.lang.StringBuffer, java.lang.String); 

  Code: 

   0:      aload_1 

   1:      aload_2 

   2:      invokevirtual  #40; //Method java/lang/StringBuffer.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuffer; 

   5:      invokevirtual  #45; //Method java/lang/StringBuffer.toString:()Ljava/lang/String; 

   8:      areturn 

从上面编译后的字节码信息可以看出来,方法testString 调用了五个方法:new 、invokestatic 、invokespecial 和两个invokevirtual ; 而testStringBuffer 方法只调用了两个invokevirtual 方法。第一个方法比第二个方法多做了好多工作,其效率当然是要低的。而且我们从java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

可以看出来其实对于String字符串合并,内部还是转化为StringBuilder的方法调用,这是因为String是长度不可变的,所以不如直接采用StringBuilder(与StringBuffer 长度都是可变的,只不过前者是非线程安全,后者是线程安全)进行字符串合并。

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