JVM字节码文件浅谈

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java虚拟机的组成

JVM包含以下组成部分：

1. 类加载器（Class Loader）：负责将Java字节码加载到JVM中，并将其转换为JVM可以理解的格式。

2. 运行时数据区（Runtime Data Area）：JVM在运行时会将内存划分为不同的数据区域，包括方法区、堆、栈、程序计数器等，用于存储程序运行时所需要的数据。

3. 执行引擎（Execution Engine）：负责执行Java字节码，将其转换为机器码并执行。

4. 本地方法接口（Native Interface）：提供了与本地代码交互的接口，可以使用C、C++等语言编写本地代码，并通过JNI（Java Native Interface）与Java程序交互。

5. Java标准库（Java API）：提供了大量的类和接口，包括I/O、网络、集合、线程等常用功能。

Java Virtual Machine

Runtime Data Area

Loads

Loads

Used by

Used by

Used by

Controls

Calls

Interacts with

Optional: JIT Compiler

Class Loader

Execution Engine

Native Interface

Java Standard Library

Method Area

Heap

Stacks

Program Counter Register

Native Method Stack

字节码文件

打开字节码文件的姿势

1. 使用Jclasslib工具，idea中可以直接安装jclasslib插件
   
2. 然后打开字节码文件后，选择工具栏中的视图->shoe ByteCode with jclasslib，即可
   

• 如果源码文件修改后，字节码文件为未更新，选择构建重新编译文件即可！
  

字节码文件的组成

• Java字节码文件是一种中间代码，它包含了Java程序的编译版本。
• 字节码文件的组成结构主要包括以下几个部分：
  

Magic Number

Version

Constant Pool

Access Flags

Class Index

Parent Class Index

Interface Indexes

类

接口

Field Table

Method Table

字段信息

方法信息

Attribute Table

魔数（基本信息）

1. 魔数（Magic Number）：Java字节码文件的开头四个字节是一个魔数，它是一个特殊的标识，用于表明这是一个有效的字节码文件。
   
   • 文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改，不影响文件的内容。
   • 软件使用文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错
   • 魔数的数值为0xCAFEBABE。
     

主副版本号（基本信息）

1. 版本信息：紧随魔数后的两个字节表示Java字节码文件的主版本号和次版本号。
   • 主副版本号指的是编译字节码文件的JDK版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了45.0-45.3，JDK1.2是46之后每升级一个大版本就加1
   • 副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号。
   • 版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的JDK是否兼容

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主版本号不兼容的错误解决方法

• 解决以下由于主版本号不兼容导致的错误
  
  两种方案：

1. 升级JDK版本（容易引发其他的兼容性问题，并且需要大量的测试）
2. 建议采用：将第三方依赖的版本号降低或者更换依赖，以满足JDK版本的要求

基本信息

• 上面的魔数和主副版本号都属于基本信息部分，基本信息还包含
  • 访问标志（Access Flags）：这个字段定义了类或接口的访问权限，例如public、final、abstract等。
  • 类和父类信息：字节码文件包括了对当前类的名称和父类的名称的引用。这些引用通常以全限定名的形式出现，例如java/lang/Object。
  • 接口表（Interfaces）：这个表格包含了类实现的接口的索引，用于描述类的继承关系。
    

常量池

• 常量池（Constant Pool）：它是一个表格结构，用于存储字面值、符号引用、字段和方法的描述等各种常量。
  • 字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间
  • 常量池在字节码文件中起到类似符号表的作用，它包含了类文件中用到的各种符号和字面值。
  • 常量池中的常量索引从1开始，0被用于表示不引用任何常量。
  • 字节码指令中通过编号引用到常量池的过程称之为符号引用
    

7. 字段表（Fields）：这个表格包含了类的字段的描述，包括字段名、字段类型以及访问标志。
8. 属性表（Attributes）：每个类、字段和方法可以包含属性表，用于存储额外的信息。属性表通常包括源代码行号、局部变量表信息、异常处理信息等。
9. 字节码指令集：字节码文件包含了实际的字节码指令，这些指令定义方法的具体操作和行为。字节码指令集是由一系列操作码（opcode）和操作数组成，用于执行方法中的逻辑。

方法

• 字节码中的方法区域是存放字节码指令的核心位置，字节码指令的内容存放在方法的Code属性中
  
• 操作数栈是临时存放数据的地方，局部变量表是存放方法中的局部变量的位置
  
• i=i++的执行流程
  
• i=++i的执行流程
  
• int i = 0; i = i++; 最终i的值是多少？
• 答案是0，通过分析字节码指令发现，i++先把0取出来放入临时的操作数栈中，接下来对i进行加1，i变成了1，最后再将之前保存的临时值0放入i，最后i就变成了0。

字节码文件的常用工具

javap -v命令

• javap是JDK自带的反编译工具，可以通过控制台查看字节码文件的内容。适合在服务器上查看字节码文件内容。
• 直接输入javap查看所有参数
• 输入javap -v 字节码文件名称 查看具体的字节码信息。（如果jar包需要先使用 jar –xvf 命令解压)

jclasslib插件

1. 使用Jclasslib工具，idea中可以直接安装jclasslib插件
   
2. 然后打开字节码文件后，选择工具栏中的视图->shoe ByteCode with jclasslib，即可
   

• 如果源码文件修改后，字节码文件为未更新，选择构建重新编译文件即可！
  

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