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实践中的 Java 字节码
对
Java
字节码有了一定了解之后,我们可以来看看一些常用的和熟悉的
Java
语言的内容是如何与字节码映射的,也可以获得一些
Java
实现的细节内容。
Java 5
:自动封装
(autoboxing)
Java 5
版本的一个新特性是自动封装
(autoboxing)
,基础数据类型因语义环境的需要能转换成为对象类型,例如:
public class Autoboxing
{
public static void main(String[] args)
{
int x = 5;
java.util.ArrayList al = new java.util.ArrayList();
al.add(x);
}
}
在
Java 5
之前,这样的写法是错误的,因为
x
并不是对象。在
Java 5
下,编译后的字节码如下:
0: iconst_5
1: istore_1
2: new #2; //class java/util/ArrayList
5: dup
6: invokespecial #3; //Method java/util/ArrayList."<init>":()V
9: astore_2
10: aload_2
11: iload_1
12: invokestatic #4; //Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
15: invokevirtual #5; //Method java/util/ArrayList.add:(Ljava/lang/Object;)Z
18: pop
19: return
编号为
0
的行将整数常量
5
推送至堆栈,编号为
1
的行将堆栈顶端的
5
存储至第一个本地分片中。接下来,有四个操作符指令,
new/dup/invokespecial/astore
,是通常用来新创建对象并存储在本地变量中的做法。接下来,在编号为
10
的行,将
ArrayList
的引用推送至队战,然后再将
x
本地的值推送至堆栈。编号为
12
的行我们看到
Java
调用了静态的
Integer.valueOf
方法,它需要一个单独的堆栈分片,并消费整数值
5
,然后将包含着
5
的
Integer
对象推送到位。然后,这个对象就成为了
add
方法的参数,调用
add
方法就消费了
Integer
和
ArrayList
的引用,并将
add
方法的返回值推送回堆栈。
内部类
(Inner Class)
在
JDK 1.1
发布时,
Sun
引入了内部类,支持创建与外部类有着特殊的私有可见关系的嵌套类。
JVM
并未引入像
C++
那样的
friend
功能,这就有点让
Java
使用者有个疑惑:在
JVM
本身强迫私有访问性时,而且把内部类看作跟其他类一样,
Java
如何对类的访问进行授权?
在下面这个例子中,内部类显然可以访问外部类的
data
私有属性:
class Outer
{
private int data = 12;
public Inner getInner()
{
return new Inner();
}
public class Inner
{
public int getData()
{
return data;
}
}
}
public class NestedFun
{
public static void main(String[] args)
{
Outer o = new Outer();
Outer.Inner i = o.getInner();
System.out.println(i.getData());
// prints 12; how?
}
}
对于这段代码,编译器如何进行工作呢?我们从
NestedFun.main(String[])
开始看字节码:
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
Stack=2, Locals=3, Args_size=1
0: new #2; //class Outer
3: dup
4: invokespecial #3; //Method Outer."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokevirtual #4; //Method Outer.getInner:()LOuter$Inner;
12: astore_2
13: getstatic #5; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
16: aload_2
17: invokevirtual #6; //Method Outer$Inner.getData:()I
20: invokevirtual #7; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V
23: return
这段字节码还是比较直接的:
Java
使用了常用的
new/dup/invokespecial/astore
组合来创建
Outer
的实例,对
Outer.getInner()
和
getData()
的调用,其中对
getData()
调用的返回值直接传入了
println()
方法
(
注意,编译器选择先获取
System.out
,然后再是
getData()
,所以才能保证执行堆栈的位置顺序正确
)
。这一段基本没啥,我们再来看
Outer.Inner.getDate()
方法:
public class Outer$Inner extends java.lang.Object
SourceFile: "NestedFun.java"
InnerClass:
public #21= #4 of #18; //Inner=class Outer$Inner of class Outer
minor version: 0
major version: 50
Constant pool: (snipped)
{
final Outer this$0;
public Outer$Inner(Outer);
Code:
Stack=2, Locals=2, Args_size=2
0: aload_0
1: aload_1
2: putfield #1; //Field this$0:LOuter;
5: aload_0
6: invokespecial #2; //Method java/lang/Object."<init>":()V
9: return
public int getData();
Code:
Stack=1, Locals=1, Args_size=1
0: aload_0
1: getfield #1; //Field this$0:LOuter;
4: invokestatic #3; //Method Outer.access$000:(LOuter;)I
7: ireturn
}
这是去掉了一些输出后的结果,以便阅读。首先,我们看到了在
Java
规范中的“
outer this
”引用被显式加入内部类中作为一个属性,名为“
this$0
”,并标记为
final
。其次,编译器也生成了内部类的构造函数,用一个外部类的引用为“
outer this
”赋值,所以我们可以假定在外部类的
getInner()
方法中的
new Inner()
会用到本构造函数。第三,在内部类的
getData()
方法上,访问了一个外部类的静态方法叫“
access$000
”,来获取数据。
紧接着,我们可以看看外部类。
class Outer extends java.lang.Object{
private int data;
Outer();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #2; //Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: bipush 12
7: putfield #1; //Field data:I
10: return
public Outer$Inner getInner();
Code:
0: new #3; //class Outer$Inner
3: dup
4: aload_0
5: invokespecial #4; //Method Outer$Inner."<init>":(LOuter;)V
8: areturn
static int access$000(Outer);
Code:
0: aload_0
1: getfield #1; //Field data:I
4: ireturn
}
我们可以看见编译器生成了一个静态方法专为访问
data
开了个口子,不过“
access$000
”是包内私有的,也就是说在同包内的类才能访问该方法。
Java
字节码工具
Java
字节码功能工具很多,包括:
- Javassist
- Jasmin
- ……
也许,最重要的拆解字节码的工具还是 javap 。
The Java Virtual Machine Specification(2nd Edition) JVM规范(第二版)
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