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如何閱讀 Java 字節碼既有趣又有利可圖

PHP中文网

Oct 22, 2024 pm 01:03 PM

踏上 Java 字節碼世界之旅？本文涵蓋了入門所需了解的所有內容。

如何閱讀 Java 字節碼既有趣又有利可圖

什麼是字節碼？

早在 1995 年，Java 程式設計的創建者 Sun Microsystems語言，提出了大膽的主張。他們說 Java 可以讓你「寫一次，隨處運行」。這意味著編譯後的二進位檔案將能夠在任何系統架構上運行，這是 C 無法做到的，並且至今仍然是編寫 Java 的核心租戶。

為了實現這種跨平台功能，Java 採用了編譯時採用獨特的方法。 Java 不是將原始程式碼直接轉換為機器碼（機器碼特定於每個系統架構），而是將其程式編譯為稱為字節碼的中間形式。字節碼是一組指令，既不依賴特定的機器語言，也不依賴任何特定的硬體架構。這種抽像是Java可移植性的關鍵。

解釋和執行Java字節碼指令的程式稱為Java虛擬機器（JVM）。 JVM 將每個字節碼指令翻譯成其運作所在的特定係統架構本機的機器碼。此過程通常稱為「即時」(JIT) 編譯，允許 Java 字節碼在任何給定平台上盡可能有效率地執行。

查看字節碼

字節碼是不過，它不僅僅對 JVM 有用。由於 Java 類別的字節碼有助於逆向工程、效能最佳化、安全研究和其他靜態分析功能，因此 JDK 附帶了實用程式來幫助您和我檢查它。

看一下以下範例字節碼，請考慮以下來自`java.lang.Boolean`、`booleanValue` 和`valueOf(boolean)` 的兩個方法，它們分別對`boolean` 原始型別進行拆箱和裝箱：

public boolean booleanValue() {
    return value;
}

public static Boolean valueOf(boolean b) {
    return (b ? TRUE : FALSE);
}

使用` javap` 指令是JDK 附帶的，我們可以看到每個指令的字節碼。您可以透過使用“-c”命令和類別的完全限定名稱來執行“javap”來完成此操作，如下所示：

javap -c java.lang.Boolean

結果是“中所有公共方法的字節碼” java .lang.Boolean`。這裡我只複製了`booleanValue` 和`valueOf(boolean)` 的字節碼：

public boolean booleanValue();
    code:
    0: aload_0
    1: getfield		#7                  // Field value:Z
    4: ireturn
    
public static java.lang.Boolean valueOf(boolean);
    Code:       
    0: iload_0
    1: ifeq          	10
    4: getstatic     	#27                 // Field TRUE:Ljava/lang/Boolean;
    7: goto          	13
    10: getstatic     	#31                 // Field FALSE:Ljava/lang/Boolean;
    13: areturn

剖析字節碼

乍一看，這是一門全新的需要學習的語言。然而，當您了解每個指令的作用以及 Java 使用堆疊進行操作時，它很快就會變得簡單。

以 `booleanValue` 的三個字節碼指令為例：

`aload_n` 表示將局部變數的參考放入堆疊。在類別實例中，`aload_0` 引用 `this`。
`getfield` 表示從`this`（堆疊中最下面的一項）讀取成員變數並將其放置將值入堆疊
- `#7`指引用在常數池中的索引
- `//字段值:Z`告訴我們`#7`指的是一個名為`value`的`boolean`類型的欄位(Z)
`ireturn`表示彈出一個原始值從堆疊中取出並傳回它

長話短說，這三個指令尋找實例的「value」欄位並傳回它。

作為第二個範例，採用看下一個方法， `valueOf(boolean)`：

`iload_n` 堆疊表示將一個原始局部變數放入堆疊中意味著。 `iload_0` 指的是第一個方法參數（因為第一個方法參數是一個原語）
`ifeq n` 表示將值從堆疊中彈出並查看是否為true；如果是，則繼續到下一行，否則跳到行`n`
`getstatic #n` 表示將靜態成員讀取到堆疊
- `#27` 指的是常數池中靜態成員的索引
- `// 字段TRUE:Ljava/lang/Boolean` 告訴我們`#27`指的是什麼，類型為`Boolean
`goto n` 的靜態成員名為`TRUE` 表示現在跳到字節碼中的` n` 行
`areturn` 表示從堆疊中彈出引用並返回它