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发布日期:2022-09-23 06:18    点击次数:64
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详细本文主如若基于 .class 文献,进行分析 .class 文献的内容。

这部分个人以为主如若属于诡计机构拓展的内容,大众不错一道来学习一下 Java 字节码的诡计结构以及感受一下诡计者的诡计。

class 类文献结构

Java 提供 javap 大呼不错分析字节码文献,咱们不错使用 javap -verbose 大呼分析一个字节码文献时, 将会分析该字节码文献的魔数、版块号、常量池、类信息、类的构造方法、类中的方法信息、类变量与成员变量等信息。

一个浅易的 Java 代码

public class TestClass {      private int m;      public int inc() {        return ++m;     } } 

下图清晰的是 Java 代码编译后 .class 文献的十六进制信息

bytecode_十六进制.png

为了便捷对比我现实一下 javap -v TestClass

Classfile /../../TestClass.class   Last modified 2021-2-6; size 306 bytes   MD5 checksum eeba40cc40cc28ef4d416ff70d901561   Compiled from "TestClass.java" public class cn.edu.cqvie.jvm.bytecode.TestClass   minor version: 0   major version: 52   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:    #1 = Methodref          #4.#15         // java/lang/Object."<init>":()V    #2 = Fieldref           #3.#16         // cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass.m:I    #3 = Class              #17            // cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass    #4 = Class              #18            // java/lang/Object    #5 = Utf8               m    #6 = Utf8               I    #7 = Utf8               <init>    #8 = Utf8               ()V    #9 = Utf8               Code   #10 = Utf8               LineNumberTable   #11 = Utf8               inc   #12 = Utf8               ()I   #13 = Utf8               SourceFile   #14 = Utf8               TestClass.java   #15 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V   #16 = NameAndType        #5:#6          // m:I   #17 = Utf8               cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass   #18 = Utf8               java/lang/Object {   public cn.edu.cqvie.jvm.bytecode.TestClass();     descriptor: ()V     flags: ACC_PUBLIC     Code:       stack=1, locals=1, args_size=1          0: aload_0          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V          4: return       LineNumberTable:         line 3: 0    public int inc();     descriptor: ()I     flags: ACC_PUBLIC     Code:       stack=3, locals=1, args_size=1          0: aload_0          1: dup          2: getfield      #2                  // Field m:I          5: iconst_1          6: iadd          7: dup_x1          8: putfield      #2                  // Field m:I         11: ireturn       LineNumberTable:         line 8: 0 } SourceFile: "TestClass.java" 
Java 字节码结构

bytecode_结构.png

1. 魔数和 Class 文献版块

魔数:悉数的.class 字节码文献的前4个字节都是魔数,魔数为固定值: 0xCAFEBABE

版块信息,魔数之后的4个字节是版块信息,前两个字节暗示 minor version (次版块号), 后2个字节暗示major version (主版块号)。这里的版块号 00 00 00 34 换算成十进制表, 暗示次版块号为0, 主版块号为 52. 是以该文献的版块号为 1.8.0。不错通过 java -version 来考证这少量。

➜  ~ java -version java version "1.8.0_281" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_281-b09) Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.281-b09, mixed mode) 
2. 常量池

常量池 (constant pool): 2+N个字节 紧接着主版块号之后的等于常量池进口。一个java 类中界说的许多信息都是由常量池来刻画的,不错将常量池看作是 Class 文献的资源仓库,比如说Java类中变量的方法与变量信息,都是存储在常量池中。常量池中主要存储2类常量:字面量与标记援用。

字面量, 如字符串文本,java 中声明为final 的常量值等。 标记援用, 如类和接口的全局规模名, 字段的称号和刻画符,方法的称号和刻画符等。

常量池的总体结构:Java类所对应的常量池主要由常量池(常量表)的数量与常量池数组这两部分共同组成。常量池中常量数量紧随着在主版块号背面,占据2字节: 常量池长度 比如这里咱们的十六进制等于 00 13 代表有 18 个常量。常量数组则紧随着常量池数量之后。常量池数组与一般数组不同的是, 常量池数组中不同的元素的类型,结构都是不同的。长度虽然也就不同;然而, 一种元素的第一种元素的第一个数据都是一个u1类型, 该字节是一个象征位,占据1个字节。JVM在知道常量池时,会更具这个u1 类型来赢得元素的具体类型。值得贯注的是:常量池中元素的个数 = 常量池数 -1 (其中0暂时不适用), 标的是餍足某些常量池索引值的数据在特定情况下需要抒发【不援用任何一个常量池】的含义:根柢原因在于,索引为0亦然一个常量(保留常量),只不外他不位于常量表中。这个常量就对应null值, 是以常量池的索引是从1脱手而非0脱手。

上头表中刻画了11种数据类型的机构, 字幕 其的确jdk1.7之后又加多了3种(CONSTANT_MethodHandle_info, CONSTANT_MethodType_info 以及CONSTANT_InvokeDynami_info)。这么一共14种。

在JVM要领中, 每个变量/字段都有刻画信息, 刻画信息主要的作用是刻画字段的数据类型、方法的参数列表(包括数量、类型、规章)与复返值。把柄刻画符 章程, 基本数据类型和代表无复返值的的void 类型都用一个大写字符来暗示, 对象类型则使用字符L加对象的全规模称号来暗示。为了压缩字节码文献的体积 关于基本数据类型,JVM都只使用一个大写字母来暗示,如下所示:B-byte, C-char, D-double, F-float, I-int, J-long, S-short, Z-boolean , V -void L -暗示对象类型,如: Ljava/lang/String;

关于数组类型来说,欧美俄精品免费视频每一个维度使用一个前置的 [来暗示, 如int[] 被标记为 [I , String[][]被暗示为 [[java/lang/String;

用刻画符刻画方法时, 按照先参数列表, 后复返值的规章来刻画. 参数列表按照参数的严格规章放在一组()内, 如方法: String getRealnameByIdNickname(int id, String name)的刻画符为: (I, Ljava/lang/String;) Ljava/lang/String

Class 字节码中有两种数据类型 字节数据平直量:这是基本的数据类型。共细分为u1、u2、u4、u8四种,分别代表集中的1个字节、2个字节、4个字节、8个字节组成的举座数据。 表(数组):暗示由多个基本数据或其他表,按照既定规章组成的大的数据集中。表是有结构的 。它的结构体当今:组成表的因素地点的位置温情序都是 严格界说好的。

常量池常量

0A 00 04 00 0F method_info 00 04 指向常量池中的常量的位置, 00 0F 指向的是 15 的位置。 09 00 03 00 10 field_info 00 03 指向 3 的位置 00 10 (16 位置) 07 00 11 class info 00 11 (17 位置) 07 00 12 class info 00 12 (18 位置) 01 00 01 6D utf8 长度为 1 内容为 6D 暗示内容调遣为 10 进制为 109 调遣为 ASCII 码终末的遵守为 m 01 00 01 49 utf8 长度为 1 内容为 I 01 00 06 3C 69 6E 69 74 3E utf8 长度为 8 内容为 01 00 03 28 29 56 utf8 长度为 3 内容为:()V 01 00 04 43 6F 64 65 utf8长度为 4 内容为 Code 01 00 0F 4C 69 6E 65 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65 utf8 长度为 15 内容为 LineNumberTable 01 00 03 69 6E 63 utf8 长度为3 内容为 inc 01 00 03 28 29 49 长度为 3 内容为 ()I 01 00 0A 53 6F 75 72 63 65 46 69 6C 65 长度为 10 内容为 SourceFile 01 00 0E 54 65 73 74 43 6C 61 73 73 2E 6A 61 76 61 长度为 14 内容为 TestClass.java 0C 00 07 00 08 NameAndType 内容 指向 7 位置。00 08 (8 位置) 0C 00 05 00 06 NameAndType 内容 指向 5 位置。00 06 (6 位置) 01 00 23 63 6E 2F 65 64 75 2F 63 71 76 69 65 2F 6A 76 6D 2F 62 79 74 65 63 6F 64 65 2F 54 65 73 74 43 6C 61 73 73 长度 35 内容 cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass 01 00 10 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62 6A 65 63 74 长度 16 内容 java/lang/Object 3. 拜谒标志

Access_Flag 拜谒标志 拜谒象征信息包括该Class文献时类和接口是否被界说成了public,是否是 abstract, 如果是类,是否被声名为成final。通过扇面的源代码。

0x 00 21: 暗示是0x0020 和0x0001的并集, 暗示 ACC_PUBLIC 与 ACC_SUPER

bytecode_拜谒标志.png

4. 类索引、父类索引

00 03 类名, 03 常量池位置 cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass

00 04 父类名. 04 常量池位置 java/lang/Object

00 00 接口个数, 0 个, 接口个数最多 65535

5. 字段表集中

00 01 字段的个数, 这里有一个

bytecode_字段表.png

字段表结构
field_info {   u2 access_flags; 00 02 Fieldref   u2 name_index; 00 05 (暗示字段称号在常量池中的索引位置) m   u2 descriptor_index; 00 06 (刻画符索引) I    u2 attributes_count; 00 00   attribute_info attributes[attributes_count]  } 
6. 方法表集中

00 02 暗示有两个方法

bytecode_方法表.png

方法表结构

method_info {   u2 access_flags; 00 01  Methodref   u2 name_index;  // 00 07  <init>   u2 descriptor_index; 00 08 // ()V   u2 attributes_count; 00 01 // 属性结构   attributes_info attributes[attributes_count] } 

方法属性结构

attribute_info {   u2 attribute_name_index; 00 09 // Code   u4 attribute_length; 00 00 00 1D 长度 29   u1 info[attribute_length];     ...  } 
7. 属性表集中

00 09 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 03 00

"Code" 暗示底下是现实代码

JVM 预界说了一部分的attribute, 然而编译器我方也不错完毕我方的attribute 写入class文献中, 供运行时使用。不同的attribute 通过attribute_name_index 来区别。

JVM 要领预界说的attribute

Code 结构

Code attribute 的作用是保存该放的的结构,如所对应的字节码

Code_attribute {     u2 attribute_name_index;  // 00 09 ==> Code     u4 attribute_length; // 00 00 00 1D ==> 29     u2 max_stack;   //  00 01 栈深度为 1 (栈帧中操作数栈的深度)     u4 code_length;   // 00 00 00 05 教导的长度是若干     u1 code[code_lenght]; // 2A B7 00 01 B1 其中 2A          // 2A aload_0     // B7 invokespecial     // 00 #1     // 01 <java/lang/Object.<init>>     // B1 return          // 0 aload_0   // 1 invokespecial #1 <java/lang/Object.<init>>   // 4 return     u2 exception_table_length; // 00 00      {         u2 start_pc;         u2 end_pc;         u2 handler_pc;         u2 catch_type;     } exception_table[exception_table_lenght];     u2 attributes_count; // 00 01     attribute_info attributes[attributes_count]; } 

attribute_length 暗示 attribute 所包含的字节数, 不包含attribute_name_index 和 attribute_length 字段。

max_stack 暗示这个方法运行的任何时刻所能达到的操作数栈的最大深度。

max_locals 暗示方法现实工夫创建的局部变量的数量,包含用来暗示传入的参数的局部变量。

code_length 暗示该方法所包含的字节码的字节数以及具体的教导码。

具体字节码即是该方法被调用时,假造机所现实的字节码。

exception_table, 这里存放的是惩处非常信息。

每个 exception_table, 这里存放的是惩处非常的信息。

每个 exception_table 表项由start_pc , end_pc, handler_pc, catch_type 组成。 start_pc 和 end_pc 暗示在code数组中的从 start_pc 到 end_pc 处(包含start_pc, 不包含end_pc)的教导抛出的非常会由 这个表项来惩处。 handler_pc 暗示惩处非常的代码的脱手处。catch_type 暗示会被惩处的非常类型, 它指向常量池里的一个非常类。当catch_type为0时, 暗示惩处悉数的非常。 LineNumberTable 的结构
LineNumberTable_attribute {     u2 attribute_name_index; //00 0A 常量池10号位置  LineNumberTable     u4 attribute_lenght;  // 00 00 00 06 一共 6个长度     u2 line_number_table_length;  // 00 01 映射的对数  1 对     line_number_info {         u2 start_pc; // 教导行号  00 00          u2 line_number; // 源码调试  00 03     }     line_number_table[line_number_table_length];  } 

局部变量表 LocalVariableTable

LocalVariableTable_attribute {     u2 attribute_name_index;      u4 attribute_lenght;     u2 local_variable_table_length;      {         u2 start_pc;         u2 line_number;         u2 name_index;         u2 descriptor_index;          u2 index;     } } 
追想 构造方法中会脱手化成员属性的默许值,如果我方完毕了默许的构造方法, 还是照旧在构造方法中赋值,这等于对教导的重排序。 如果多个构造方法那么每个构造方法中都有脱手化成员变量的属性,来保险每个构造方法脱手化的时间都会现实到属性的脱手化进程。 如果构造方法中有现实语句, 那么会先现实赋值信息, 然后在现实自界说的现实代码。 关于Java每一个实例方法(非静态方法), 其在编译青年景的字节码中比实质方法多一个参数, 它位于方法的第一个参数位置. 咱们就不错在刻下线法中 的this去拜谒刻下对象中的this这个操作是在Javac 编译器在编译工夫将this的拜谒调遣为对粗造实例方法的参数拜谒,接下来在运行工夫, 由JVM的调用实例方法时, 自动向实例方法中传入该this参数, 是以在实例方法的局部变量表中, 至少会一个指向刻下对象的局部变量。 字节码关于惩处非常的模式: 斡旋弃取非常在的模式来对非常惩处。 在Jdk1.4.2之前的版块中, 并不是使用非常在的模式来对非常进行惩处的,而是弃取特定的教导模式。 当非常惩处存在finally 语句块时,当代化的JVM才去的惩处模式将finally语句块的我方拼接到每一个catch块背面, 换句话说,法子中中存在多个catch块,就会在每一个catch块背面重迭若干个finally 的语句块字节码。