Java 字节码技术详解 _Java

JAVA 中的字节码，英文名为 bytecode, 是 Java 代码编译后的中间代码格式。JVM 需要读取并解析字节码才能执行相应的任务。
从技术人员的角度看，Java 字节码是 JVM 的指令集。JVM 加载字节码格式的 class 文件，校验之后通过 JIT 编译器转换为本地机器代码执行。简单说字节码就是我们编写的 Java 应用程序大厦的每一块砖，如果没有字节码的支撑，大家编写的代码也就没有了用武之地，无法运行。也可以说，Java 字节码就是 JVM 执行的指令格式。
那么我们为什么需要掌握它呢？
不管用什么编程语言，对于卓越而有追求的程序员，都能深入去探索一些技术细节，在需要的时候，可以在代码被执行前解读和理解中间形式的代码。对于 Java 来说，中间代码格式就是 Java 字节码。了解字节码及其工作原理，对于编写高性能代码至关重要，对于深入分析和排查问题也有一定作用，所以我们要想深入了解 JVM 来说，了解字节码也是夯实基础的一项基本功。同时对于我们开发人员来时，不了解平台的底层原理和实现细节，想要职业进阶绝对不是长久之计，毕竟我们都希望成为更好的程序员，对吧？
任何有实际经验的开发者都知道，业务系统总不可能没有 BUG，了解字节码以及 Java 编译器会生成什么样的字节码，才能说具备扎实的 JVM 功底，会在排查问题和分析错误时非常有用，也能更好地解决问题。
而对于工具领域和程序分析来说, 字节码就是必不可少的基础知识了，通过修改字节码来调整程序的行为是司空见惯的事情。想了解分析器(Profiler)，Mock 框架，AOP 等工具和技术这一类工具，则必须完全了解 Java 字节码。
4.1 Java 字节码简介
有一件有趣的事情，就如名称所示, Java bytecode 由单字节(byte)的指令组成，理论上最多支持 256 个操作码(opcode) 。实际上 Java 只使用了 200 左右的操作码，还有一些操作码则保留给调试操作。
操作码，下面称为指令, 主要由类型前缀和操作名称两部分组成。

例如，'i' 前缀代表 ‘integer’，所以，'iadd' 很容易理解, 表示对整数执行加法运算。

根据指令的性质，主要分为四个大类：

栈操作指令，包括与局部变量交互的指令
程序流程控制指令
对象操作指令，包括方法调用指令
算术运算以及类型转换指令

此外还有一些执行专门任务的指令，比如同步(synchronization)指令，以及抛出异常相关的指令等等。下文会对这些指令进行详细的讲解。
4.2 获取字节码清单
可以用 javap 工具来获取 class 文件中的指令清单。javap 是标准 JDK 内置的一款工具, 专门用于反编译 class 文件。
让我们从头开始, 先创建一个简单的类，后面再慢慢扩充。

package demo.jvm0104;public class HelloByteCode {public static void main(String[] args) {HelloByteCode obj = new HelloByteCode();}}

代码很简单, main 方法中 new 了一个对象而已。然后我们编译这个类:
javac demo/jvm0104/HelloByteCode.java使用 javac 编译，或者在 IDEA 或者 Eclipse 等集成开发工具自动编译，基本上是等效的。只要能找到对应的 class 即可。

javac 不指定 -d 参数编译后生成的 .class 文件默认和源代码在同一个目录。
注意: javac 工具默认开启了优化功能, 生成的字节码中没有局部变量表(LocalVariableTable)，相当于局部变量名称被擦除。如果需要这些调试信息, 在编译时请加上 -g 选项。有兴趣的同学可以试试两种方式的区别，并对比结果。
JDK 自带工具的详细用法, 请使用: javac -help 或者 javap -help 来查看; 其他类似。

然后使用 javap 工具来执行反编译, 获取字节码清单：

javap -c demo.jvm0104.HelloByteCode# 或者: javap -c demo/jvm0104/HelloByteCodejavap -c demo/jvm0104/HelloByteCode.class

javap 还是比较聪明的, 使用包名或者相对路径都可以反编译成功, 反编译后的结果如下所示：
【Java 字节码技术详解】

Compiled from "HelloByteCode.java"public class demo.jvm0104.HelloByteCode {public demo.jvm0104.HelloByteCode();Code:0: aload_01: invokespecial #1// Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnpublic static void main(java.lang.String[]);Code:0: new#2// class demo/jvm0104/HelloByteCode3: dup4: invokespecial #3// Method "<init>":()V7: astore_18: return}

OK，我们成功获取到了字节码清单, 下面进行简单的解读。
4.3 解读字节码清单