icql

字节码

java程序 -> javac编译器 -> 字节码（.class） -> java虚拟机（win/linux/…）

Write Once, Run Anywhere “一次编译，到处运行”

编译后生成的字节码是一个中间语言 而程序最后运行是以 机器码 来执行的 java虚拟机就是用来将 字节码 在运行时转化为 机器码

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字节码数据的名词

类的全限定名

work/icql/jvm/bytecode/Aston是这个类的全限定名，把类全名中的 . 替换成了 /

为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个 ; 表示全限定名结束

简单名称

指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称

inc() 方法和 m 字段的简单名称分别是 inc 和 m

字段的描述符

描述字段的数据类型

方法的描述符

方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值

按照先参数列表，后返回值的顺序描述

方法 int test(char[]c,int i) 的描述符为 ([CI)I

类型的表示

标识字符	含义
B	基本类型 byte
C	基本类型 char
D	基本类型 double
F	基本类型 float
I	基本类型 int
J	基本类型 long
S	基本类型 short
Z	基本类型 boolean
V	特殊类型 void
L	对象类型，如Ljava/lang/Object;

对象类型用字符 L 加对象的全限定名来表示

数组类型，每一维度将使用一个前置的 [ 字符来描述

如 java.lang.String[][] 表示为 [[Ljava/lang/String

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字节码数据的结构

8字节为基础单位的二进制数据，整个结构用 无符号数 和 表 2种数据结构来描述，多个字节的数据结构采用大端存储

无符号数： 基本数据类型，以u1，u2，u3，u4代表1，2，3，4个字节。 表： 是由多个无符号数或者其他表构成的复合数据类型（整个class字节码数据本质就是一张表）

大端小端： 数据存储以 8 bit （位）为一个 byte (字节)，比如 0xab 就是一个字节 存储的内容长度很可能不止 8 位，比如 java 中 int 类型占 4 个字节 32 位

例如 0xabcd ，需要保存在4个字节里边，完整的是 0x0000abcd 0x0000abcd = 0xab * 0x100 + 0xcd 高位 -> 低位：00 -> 00 -> ab -> cd

大端（big-endian） 是高位的放在内存低地址处，低位的放在高地址处 小端（little-endian） 是高位的放在内存高地址处，低位的放在低地址处

假如 0xabcd 保存的地址是 0x100 - 0x103 大端：00（0x100）-> 00（0x101）-> ab（0x102）-> cd（0x103） 小端：cd（0x100）-> ab（0x101）-> 00（0x102）-> 00（0x103）

结构总览

• 可使用javap –v -p class文件查看具体信息，或者使用16进制编辑器打开class文件查看

ClassFile {
    //魔数
    //确定是否是虚拟机可以接受的class文件，值为0xCAFEBABE，
    //用作类型识别，类似于图片的字节用来标识是gif或者jpeg类型等
    u4             magic;
    
    //次版本号
    //java次版本号
    u2             minor_version;

    //java主版本号
    //jdk1.1是45.0
    //每个jdk大版本会在主版本号+1，jdk1.8是52（0x34）
    //jvm根据主版本号和次版本号来确定是否可以加载class文件，jvm只能向下兼容
    u2             major_version;

    //常量池中数据的个数
    //计数是从1开始，例如值是（0x26=38），代表有38-1=37项常量，索引值就是1-37
    //特意将0空出来，是为了某些时候需要表达的不引用任何一个常量池项目，即null
    //注意：除了常量池计数从1开始，其余计数都是从0开始
    u2             constant_pool_count;

    //常量池
    //jdk8有14种不同的表结构数据，具体的结构见下面的表，主要分为：字面量和符号引用
    //1）字面量
    //2）符号引用：
    //  类和接口的全限定名
    //  字段的名称和描述符
    //  方法的名称和描述符
    //
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];

    //类的标识
    //一共有16个标志位可以使用，当前只定义了8个，未使用到的一律为0
    u2             access_flags;
    
    //当前类在常量池中的索引
    u2             this_class;

    //父类在常量池中的索引
    u2             super_class;

    //接口个数
    u2             interfaces_count;

    //接口在常量池中的索引
    u2             interfaces[interfaces_count];

    //字段表个数
    u2             fields_count;
    //字段表信息
    //类变量、实例变量
    field_info     fields[fields_count];

    //方法表个数
    u2             methods_count;
    //方法表信息
    method_info    methods[methods_count];

    //属性表个数（属性表比较特殊，字段表和方法表都可以携带自己的属性表）
    u2             attributes_count;
    //属性表
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

1）常量池

类型	描述	具体内容
CONSTANT_Utf8_info	UTF-8 编码的字符串	tag（u1,值为1）、length（u2,占用的字节数）、bytes（单位u1,长度为length的UTF-8编码的字符串）
CONSTANT_Integer_info	整形字面量	tag（u1,值为3）、bytes（单位u4,大端存储的int值）
CONSTANT_Float_info	浮点型字面量	tag（u1,值为4）、bytes（单位u4,大端存储的float值）
CONSTANT_Long_info	长整型字面量	tag（u1,值为5）、bytes（单位u8,大端存储的long值）
CONSTANT_Double_info	双精度浮点型字面量	tag（u1,值为6）、bytes（单位u8,大端存储的double值）
CONSTANT_Class_info	类或接口的符号引用	tag（u1,值为7）、index（单位u2,指向全限定名在CONSTANT_Utf8_info的索引项）
CONSTANT_String_info	字符串类型字面量	tag（u1,值为8）、index（单位u2,指向字符串字面量在CONSTANT_Utf8_info的索引项）
CONSTANT_Fieldref_info	字段的符号引用	tag（u1,值为9）、index（单位u2,指向字段类型在CONSTANT_Class_info的索引项）、index（单位u2,指向字段名称在CONSTANT_NameAndType_info的索引项）
CONSTANT_Methodref_info	类中方法的符号引用	tag（u1,值为10）、index（单位u2,指向声明方法的类型在CONSTANT_Class_info的索引项）、index（单位u2,指向方法描述符在CONSTANT_NameAndType_info的索引项）
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	接口中方法的符号引用	tag（u1,值为11）、index（单位u2,指向声明方法接口在CONSTANT_Class_info的索引项）、index（单位u2,指向方法描述符在CONSTANT_NameAndType_info的索引项）
CONSTANT_NameAndType_info	字段或方法的部分符号引用	tag（u1,值为12）、index（单位u2,指向字段或方法名称在CONSTANT_Utf8_info的索引项）、index（单位u2,指向字段描述符或方法描述符的索引项）
CONSTANT_MethodHandle_info	表示方法句柄	tag（u1,值为15）、reference_kind（单位u1,值在1~9之间,表示方法句柄的字节码行为）、reference_index（单位u2,值是对常量池的索引）
CONSTANT_MethodType_info	标识方法类型	tag（u1,值为16）、descriptor_index（单位u2,指向方法描述符在CONSTANT_Utf8_info的索引项）
CONSTANT_InvokeDynamic_info	表示一个动态方法调用点	tag（u1）、bootstrap_method_attr_index（u2）、name_and_type_index（u2）

2）类的访问标识

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为 public 类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为 final，只有类可设置
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用 invokespecial 字节码的新语意，invokespecial 指令的语意在 JDK 1.0.2 之后编译出来的类这个标志都必须为真
ACC_INTERFACE	0x0200	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否为 abstract 类型，对于接口或者抽象来说，此标志值为真，其他类值为假
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标识这个类并非由用户代码产生的
ACC_ANNOTATION	0x2000	标识这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标识这是一个枚举

3）字段表

包括：类变量（static修饰）和实例变量（非static修饰）

不会列出父类继承而来的字段

但有可能列出原本Java代码之中不存在的字段，如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段

field_info {
    //字段访问标志
    u2             access_flags;
    //字段的名称（对常量池的引用）
    u2             name_index;
    //字段的描述符/字段的数据类型（对常量池的引用）
    u2             descriptor_index;
    //字段携带的属性表个数
    u2             attributes_count;
    //字段携带的属性表
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

access_flags（字段访问标志）

标志名称 | 标志值 | 含义 —–|—–|— ACC_PUBLIC | 0x0001 | 字段是否 public ACC_PRIVATE | 0x0002 | 字段是否 private ACC_PROTECTED | 0x0004 | 字段是否 protected ACC_STATIC | 0x0008 | 字段是否 static ACC_FINAL | 0x0010 | 字段是否 final ACC_VOLATILE | 0x0040 | 字段是否 volatile ACC_TRANSIENT | 0x0080 | 字段是否 transient ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 字段是否由编译器自动产生的 ACC_ENUM | 0x4000 | 字段是否 enum

attribute_info（字段携带的属性表）

字段 final static int m = 123 （常量） 会存在一项名称为 ConstantValue 的属性，值指向常量池中的 123

4）方法表

如果父类方法在子类中没有被重写（Override），方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息

但有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是类构造器 ＜clinit＞ 方法（有static字段或static代码块才会出现）和实例构造器 ＜init＞ 方法

method_info {
    //方法访问标志
    u2             access_flags;
    //方法的名称（对常量池的引用）
    u2             name_index;
    //方法的描述符（对常量池的引用）
    u2             descriptor_index;
    //方法携带的属性表个数
    u2             attributes_count;
    //方法携带的属性表
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

access_flags（方法访问标志）

标志名称 | 标志值 | 含义 —–|—–|— ACC_PUBLIC | 0x0001 | 方法是否为 public ACC_PRIVATE | 0x0002 | 方法是否为 private ACC_PROTECTED | 0x0004 | 方法是否为 protected ACC_STATIC | 0x0008 | 方法是否为 static ACC_FINAL | 0x0010 | 方法是否为 final ACC_SYNCHRONIZED | 0x0020 | 方法是否为 synchronized ACC_BRIDGE | 0x0040 | 方法是否是由编译器产生的桥接方法 ACC_VARARGS | 0x0080 | 方法是否接受不定参数 ACC_NATIVE | 0x0100 | 方法是否为 native ACC_ABSTRACT | 0x0400 | 方法是否为 abstract ACC_STRICT | 0x0800 | 方法是否为 strictfp ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 方法是否是由编译器自动产生的

方法的描述

方法的定义： 可以通过访问标志、名称索引、描述符索引表达清楚

方法里的 java 代码： 经过编译器编译成字节码指令后，存放在方法携带的属性表 Code 中

方法的特征签名（区别类中方法的唯一性）

java语言中的特征签名： 方法名称、参数顺序、参数类型

字节码中的特征签名： 方法名称、参数顺序、参数类型、方法返回值、受查异常表

5）属性表

attribute_info {
    //属性表名称（对常量池的引用）
    u2 attribute_name_index;
    //属性表数据长度
    u4 attribute_length;
    //属性表数据
    u1 info[attribute_length];
}

虚拟机规范定义的属性

属性名称	使用位置	含义
Code	方法表	Java 代码编译成的字节码指令
ConstantValue	字段表	final 关键字定义的常量值
Deprecated	类、方法表、字段表	被声明为 deprecated 的方法和字段
Exceptions	方法表	方法抛出的异常
EnclosingMethod	类文件	仅当一个类为局部类或匿名类时才能拥有这个属性，这个属性用于标识这个类所在的外围方法
InnerClasses	类文件	内部类列表
LineNumberTable	Code 属性	Java 源码的行号与字节码指令的对应关系
LocalVariableTable	Code 属性	方法的局部变量表
StackMapTable	Code 属性	JDK 1.6 中新增的属性，供新的类型检查验证器（Type Checker）检查和处理目标方法的局部变量和操作数栈所需要的类型是否匹配
Signature	类、方法表、字段表	JDK 1.5 中新增的属性，这个属性用于支持泛型情况下的方法签名，在 Java 语言中，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名如果包含了类型变量（Type Variables）或参数化类型（Parameterized Types），则 Signature 属性会为它记录泛型签名信息。由于 Java 的泛型采用擦除法实现，在为了避免类型信息被擦除后导致签名混乱，需要这个属性记录泛型中的相关信息
SourceFile	类文件	记录源文件名称
SourceDebugExtension	类文件	JDK 1.6 中新增的属性，SourceDebugExtension 属性用于存储额外的调试信息。譬如在进行 JPS 文件调试时，无法通过 Java 堆栈来定位到 JSP 文件的行号，JSR-45 规范为这些非 Java 语言编写，却需要编译成字节码并运行在 Java 虚拟机中的程序提供了一个进行调试的标准机制，使用 SourceDebugExtension 属性就可以用于存储这个标准所新加入的调试信息
Synthetic	类、方法表、字段表	标识方法或字段为编译器自动生成的
LocalVariableType	类	JDK 1.5 中新增的属性，它使用特征签名代替描述符，是为了引入泛型语法之后能描述泛型参数化类型而添加
RuntimeVisibleAnnotations	类、方法表、字段表	JDK 1.5 中新增的属性，为动态注解提供支持。RuntimeVisibleAnnotations 属性用于指明哪些注解是运行时（实际上运行时就是进行反射调用）可见的
RuntimeInvisibleAnnotations	类、方法表、字段表	JDK 1.5 中新增的属性，与 RuntimeVisibleAnnotations 属性作用刚好相反，用于指明哪些注解是运行时不可见的
RuntimeVisibleParameterAnnotations	方法表	JDK 1.5 中新增的属性，作用与 RuntimeVisibleAnnotations 属性类似，只不过作用对象为方法参数
RuntimeInvisibleParameterAnnotations	方法表	JDK 1.5 中新增的属性，作用与 RuntimeInvisibleAnnotations 属性类似，只不过作用对象为方法参数
AnnotationDefault	方法表	JDK 1.5 中新增的属性，用于记录注解类元素的默认值
BootstrapMethods	类文件	JDK 1.7 中新增的属性，用于保存 invokedynamic 指令引用的引导方法限定符

ConstantValue属性

主要的作用是在 类加载的准备阶段 为 static final 字段（基本类型和String）赋值

ConstantValue_attribute {
    //常量名（对常量池的引用）
    u2 attribute_name_index;
    //占用的长度，固定为2
    u4 attribute_length;
    //对应的字面值在常量池中的索引
    u2 constantvalue_index;
}

只支持（基本类型和String）9种类型
String（CONSTANT_String_info）
boolean，byte，char，short，int（CONSTANT_Integer_info），共用常量池中的这个类型
long（CONSTANT_Long_info）
float（CONSTANT_Float_info）
double（CONSTANT_Double_info）

6）static final 常量理解

static final 修饰的 基本类型和String 9种类型字段，并且后面的赋值是常量（字面量）

> static final int MAX = 100;  常量
> static final int RANDOM = new Random().nextInt();  非常量
> static final String STR_0 = "str";  常量
> static final String STR_1 = new String("str");  非常量

在编译期就会将 常量的字面量 编译到 使用了此常量的类的相关字节码中替代原来的引用

class A{
    public static final int NUMBER = 100;
}

class B{
    public void test(){
        System.out.println(A.NUMBER);
    }
}

//编译后，B类的class文件中的test方法的字节码中直接变成了100这个常量
//也就是说此时的 B 和 A 无依赖关系

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字节码数据的指令

字节码指令类型：操作码Opcode、操作数Operands

https://www.jianshu.com/p/1ad68e2b8cc1

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虚拟机字节码执行引擎

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