java虚拟机原理:Class字节码二进制文件分析

java虚拟机原理:Class字节码二进制文件分析

目录一、字节码文件 与 JVM二、字节码文件示例三、字节码文件二进制结构分析1、魔数2、次版本号3、主版本号4、常量池个数总结

一、字节码文件 与 JVM

java 源码编译成 Class 字节码 ;

Java 虚拟机 可以被认为是一个 解释器 , 解释编译后的 Class 字节码文件 , 最后在不同的操作系统中运行 ;

android 虚拟机 不是 Java 规范的 虚拟机 , 有一些根据嵌入式设备进行的定制的实现 ;

Class 字节码 本质上就是 二进制数据 , 运行时 , 会被 类加载器 加载到 Java 虚拟机内存的 方法区 中 ; 同时 创建 Class 对象 ;

( Java 虚拟机内存分为 : 堆区 , 方法区 , 栈 , 本地方法栈 , 程序计数器 )

由于要将 Class 字节码文件 加载到 JVM 内存的 方法区 中 , 要占用一定的内存空间 , 这里要求 Class 字节码文件 , 越小越好 ;

二、字节码文件示例

Java 源代码如下 :

public class Student {

private String name;

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

}

使用 javac 命令将 Student.java 源码编译成 Student.class字节码文件 :

javac Student.java

字节码文件二进制数据分析 :

使用二进制查看工具查看 Student.class 字节码文件 , 这些二进制数值对应的就是 JVM 指令 ;

CA FE BA BE 00 00 00 34 00 15 0A 00 04 00 11 09

00 03 00 12 07 00 13 07 00 14 01 00 04 6E 61 6D

65 01 00 12 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53

74 72 69 6E 67 3B 01 00 06 3C 69 6E 69 74 3E 01

00 03 28 29 56 01 00 04 43 6F 64 65 01 00 0F 4C

69 6E 65 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65 01 00

07 67 65 74 4E 61 6D 65 01 00 14 28 29 4C 6A 61

76 http://61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72 69 6E 67 3B 01

00 07 73 65 74 4E 61 6D 65 01 00 15 28 4C 6A 61

76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72 69 6E 67 3B 29

56 01 00 0A 53 6F 75 72 63 65 46 69 6C 65 01 00

0C 53 74 75 64 65 6E 74 2E 6A 61 76 61 0C 00 07

00 08 0C 00 05 00 06 01 00 07 53 74 75 64 65 6E

74 01 00 10 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62

6A 65 63 74 00 21 00 03 00 04 00 00 00 01 00 02

00 05 00 06 00 00 00 03 00 01 00 07 00 08 00 01

00 09 00 00 00 1D 00 01 00 01 00 00 00 05 2A B7

00 01 B1 00 00 00 01 00 0A 00 00 00 06 00 01 00

00 00 01 00 01 00 0B 00 0C 00 01 00 09 00 00 00

1D 00 01 00 01 00 00 00 05 2A B4 00 02 B0 00 00

00 01 00 0A 00 00 00 06 00 01 00 00 00 05 00 01

00 0D 00 0E 00 01 00 09 00 00 00 22 00 02 00 02

00 00 00 06 2A 2B B5 00 02 B1 00 00 00 01 00 0A

00 00 00 0A 00 02 00 00 00 09 00 05 00 0A 00 01

00 0F 00 00 00 02 00 10

使用

javap -v Student.class

命令 , 生成上述字节码文件的 附加信息 ;

命令行输出 :

D:\jvm>javap -v Student.class

Classfile /D:/jvm/Student.class

Last modified 2021-9-4; size 392 bytes

MD5 checksum 8b9bb897bb8cf2a8addf04be5b7b915f

Compiled from "Student.java"

public class Student

minor version: 0

major version: 52

flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER

Constant pool:

#1 = MetugTObLYShodref #4.#17 // java/lang/Object."":()V

#2 = Fieldref #3.#18 // Student.name:Ljava/lang/String;

#3 = Class #19 // Student

#4 = Class #20 // java/lang/Object

#5 = Utf8 name

#6 = Utf8 Ljava/lang/String;

#7 = Utf8

#8 = Utf8 ()V

#9 = Utf8 Code

#10 = Utf8 LineNumberTable

#11 = Utf8 getName

#12 = Utf8 ()Ljava/lang/String;

#13 = Utf8 setName

#14 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V

#15 = Utf8 SourceFile

#16 = Utf8 Student.java

#17 = NameAndType #7:#8 // "":()V

#18 = NameAndType #5:#6 // name:Ljava/lang/String;

#19 = Utf8 ugTObLYS Student

#20 = Utf8 java/lang/Object

{

public Student();

descriptor: ()V

flags: ACC_PUBLIC

Code:

stack=1, locals=1, args_size=1

0: aload_0

1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V

4: return

LineNumberTable:

line 1: 0

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 5: 0

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 9: 0

line 10: 5

}

SourceFile: "Student.java"

下面开始逐个字节解析上述字节码文件 ;

三、字节码文件二进制结构分析

分析字节码二进制文件时 , 可以参考 javap -v Student.class 命令输出的字节码附加信息进行理解 ;

1、魔数

magic ( 魔数 ) : 4 4 4 字节 , CA FE BA BE , 所有的 Class 字节码都是以 CafeBabe 信息开头的 ;

2、次版本号

minor_version ( 次版本号 ) : 2 2 2 字节 , 00 00 , 次版本号是 0 0 0 ; 对应字节码附加信息中的 minor version: 0 ;

3、主版本号

major_version ( 主版本号 ) : 2 2 2 字节 , 00 34 , 主版本号是 52 52 52 ; 对应字节码附加信息中的 major version: 52 ;

这个主版本号 52 对应 JDK 版本的 1.8 版本 ;

51 对应 1.7 ;

53 对应 1.9 ;

45 对应 1.0 ;

4、常量池个数

constant_pool_count ( 常量池个数 ) : 2 2 2 字节 , 00 15 , 常量池个数是 21 21 21 个 ; 由于 JVM 占用了默认的常量池 #0 , 因此实际上的常量个数是 21 − 1 21 - 1 21−1 个 , 需要对这个数减一处理 ;

字节码附加信息中 常量池参考 , 有 20 20 20 个常量池 ; #0 常量池 , 被 JVM 占用了 , 代表了一个空引用 , 不指向任何位置 ;

Constant pool:

#1 = Methodref #4.#17 // java/lang/Object."":()V

#2 = Fieldref #3.#18 // Student.name:Ljava/lang/String;

#3 = Class #19 // Student

#4 = Class #20 // java/lang/Object

#5 = Utf8 name

#6 = Utf8 Ljava/lang/String;

#7 = Utf8

#8 = Utf8 ()V

#9 = Utf8 Code

#10 = Utf8 LineNumberTable

#11 = Utf8 getName

#12 = Utf8 ()Ljava/lang/String;

#13 = Utf8 setName

#14 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V

#15 = Utf8 SourceFile

#16 = Utf8 Student.java

#17 = NameAndType #7:#8 // "":()V

#18 = NameAndType #5:#6 // name:Ljava/lang/String;

#19 = Utf8 Student

#20 = Utf8 java/lang/Object

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！

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