1. JVM
概述
JVM
:Java Virtual Machine
,也就是 Java
虚拟机
所谓虚拟机是指:通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的计算机系统。
即:虚拟机是一个计算机系统。这种计算机系统运行在完全隔离的环境中,且它的硬件系统功能是通过软件模拟出来的。
JVM
通过软件来模拟 Java
字节码的指令集,是 Java
程序的运行环境。
1.1 JVM
的主要功能
JVM
的主要功能包括:
- 通过
ClassLoader
寻找和装载class
文件; - 解释字节码成为指令,并执行,同时提供
class
文件的运行环境; - 进行运行期间的内存分配和垃圾回收;
- 提供与硬件交互的平台。
1.2 虚拟机是 Java
平台无关的保障
Java
程序只跟 Java
虚拟机相关,跟平台无关。
跟平台相关的是
Java
虚拟机本身。
2. JVM
规范的作用
Java
虚拟机规范为不同的硬件平台提供了一种编译 Java
技术代码的规范。
JVM
规范只是对编译出来的class
字节码文件进行规范,而并没有对Java
源文件进行规范。也就是说
Java
虚拟机只认class
字节码文件,不认Java
源文件。
Java
虚拟机不关心class
字节码文件是怎么来的 ,只关心class
字节码文件符不符合JVM
规范。即使开发语言不是
Java
,只要能编译生成符合JVM
规范的class
字节码文件,那么这种开发语言也是可以使用的。即
Java
虚拟机不仅实现了平台无关,也实现了开发语言无关。
JVM
规范使 Java
软件独立于平台,因为编译是针对作为虚拟机的 "一般机器" 而做。
这个作为虚拟机的 "一般机器" 可以是用软件模拟并运行于各种现存的计算机系统;也可以是用硬件来实现。
JVM
规范只是对Java
虚拟机的实现提出了一些必须遵循的要求,并没有规定如何去实现Java
虚拟机。因此,不同厂商实现的Java
虚拟机可能是不同的。
3. JVM
规范文档的下载获取
Java 8
版本的虚拟机在网上有中文版的。
Java 8
和Java 13
版本的JVM
规范文档基本上是一样的(在Java 13
版本中的第5
章多出了Module
小节)。
4. JVM
规范中的主要内容
这里介绍 Java SE8
虚拟机规范文档(中文版)中的主要内容:
- 字节码指令集(相当于中央处理器
CPU
) Class
文件的格式- 数据类型和值
- 运行时数据区
- 栈帧
- 特殊方法
- 类库
- 异常
- 虚拟机的启动、加载、链接和初始化
4.1 字节码指令集
class
字节码指令集的相关内容可参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 中的第 2.11
节、第 6
章、第 7
章。
详见 [5.
字节码指令集](#5. 字节码指令集)
4.2 Class
文件的格式
参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 中第 4
章内容
详见 [8. Class
文件的格式](#8. Class 文件的格式)
4.3 数据类型和值
参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 中第 2.2
、2.3
、2.4
节内容
4.4 运行时数据区
参考 《内存分配》 中的 运行时数据区
4.5 栈帧
参考本文章中的 栈帧
参考 《内存分配》 中的 Java
栈
参考 《字节码执行引擎》 中的 栈帧
4.6 特殊方法
参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 中第 2.9
节内容
详见 [6.
特殊方法](#6. 特殊方法)
4.7 类库
详见 [7.
类库](#7. 类库)
4.8 异常
参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 中第 2.10
节内容
4.9 虚拟机的启动、加载、链接和初始化
参考 《类加载、连接和初始化》
5. 字节码指令集
5.1 字节码指令集简介
Java
虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的 操作码 (opcode
)以及跟随其后的 0
至多个代表此操作所需参数的 操作数 (operand
)所构成。
虚拟机中许多指令并不包含操作数,只有一个操作码。
我们常说的字节码指令其实就是这里的操作码。
5.2 数据类型与指令集
JVM
根据不同的数据类型提供不同的字节码指令。
如下表所示:
:no-line-numbers
第 1 列的 Txxx 中的 T 相当于泛型参数,
即数据类型不同,T 的取值不同。如:对 byte 类型,Tipush 即为 bipush
5.3 加载和存储指令
5.4 算术指令
5.5 类型转换指令
5.6 对象的创建与操作指令
5.7 操作数栈管理指令
5.8 控制转移指令
5.9 方法调用和返回指令
5.10 抛出异常相关的指令
5.11 同步相关的指令
5.12 指令格式表(描述指令的功能,使用方式等)
通过指令格式表对指令进行描述,告诉你如何使用指令,指令格式表如下图所示:
:no-line-numbers
指令格式表中描述了指令的功能,使用方式,注意事项等。
上表中,助记符就是字节码指令(助记符是给人看的)。操作码就是字节码指令对应的编码(给机器识别的)。
指令集中的指令都会以上表为模板进行描述。
如何阅读指令格式表
下面举例说明如何阅读指令格式表中对指令的描述。
实际开发中,可以在 《
Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 中第6.5
节中查找具体指令的格式表
5.13 如何用字节码指令集表示 Java
代码
如果对某些字节码指令不知道什么时候用到,可以参数 《
Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 中第3
章的内容,查看字节码指令对应的Java
代码是什么样的。
6. 特殊方法
6.1 <init>
实例初始化方法,通过 JVM
的 [invokespecial
指令](#invokespecial 指令) 来调用
<init>
方法并不是指Java
代码中定义的构造方法。
Java
代码中定义的构造方法可以理解成是JVM
在执行完<init>
方法,创建了实例对象之后,给程序员提供的一种回调方法。
6.2 <clinit>
类或接口的初始化方法,不包含参数,返回 void
。
7. 类库
8. Class
文件的格式
8.1 Class
文件概述
Class
文件是 JVM
的输入;是 JVM
实现平台无关、语言无关的基础。
Java
虚拟机规范中定义了Class
文件的结构(参考 《Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 中第4
章内容)。
Class
文件是一组以 8
字节为单位的字节流。文件中的各个数据项目按指定的顺序紧凑排列。
对于占用空间大于
8
字节的数据项,按照高位在前的方式分割成多个8
字节进行存储。
8.2 Class
文件中的两种类型(无符号数、表)
总的来说,Class
文件中只有两种类型:
-
无符号数: 即基本数据类型。以
u1
、u2
、u4
、u8
来代表几个字节的无符号数。u1
代表1
字节的无符号数,...,u8
代表8
字节的无符号数。 -
表: 由多个无符号数和其他表构成的复合数据类型。通常以 "
_info
" 结尾。
8.3 ClassFile
结构
8.4 查看 Java
源码对应的 Class
字节码文件的三种方式
8.4.1 在 Eclipse
中查看 class
文件
在 Eclipse
的 Navigator
视图中找到 class
文件,打开查看即可。
此方式查看的
class
文件不完整。
8.4.2 通过 javap
命令查看 class
文件
在 class
文件所在的 bin
目录下执行 "javap -verbose
全路径类名" 查看 class
文件。
此方式查看的
class
文件是完整的。
javap
生成的非正式 "虚拟机汇编语言" 的格式:
通过 javap
查看 class
文件时,对于类中成员方法的方法体代码,采用非正式 "虚拟机汇编语言" 进行描述。格式如下:
<index> <opcode> [<operand1> [<operand2> ...]] [<comment>]
其中:
<index> 是指令操作码在 code[] 数组中的索引,code[] 数组以字节形式来存储当前分发的 `Java` 虚拟机代码;
也可以是相对于方法起始处的字节偏移量
<opcode> 是指令的操作码
<operand> 是操作数
<comment> 是行尾的注释
如上图中的 main
方法所示:
:no-line-numbers
对于 0: getstatic #23 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
其中:
<index> 就是 0
<opcode> 就是助记符 getstatic(用于获取类的静态字段值)
<operand> 只有一个,就是 #23(表示 Constant Pool 常量池中的编号)
<comment> 就是 // 后面的内容
这条非正式 "虚拟机汇编语言" 的含义就是:将静态字段值 System.out 插入到操作数栈的栈顶
8.4.3 通过 16
进制文件查看工具(如 winhex
)查看 class
文件
参考 《Java
虚拟机规范 Java SE 8
版》 第 4.1
节内容,结合 ClassFile
结构,对 winhex
中显示的 Hello.class
文件的 16
进制数据分析如下:
:no-line-numbers
1. 最开始的 4 字节(u4)是 magic(魔数),JVM 规范要求固定为 0xCAFEBABE
2. 接下来的 2 字节(u2)是 minor_version(副版本号),即 0x0000,对应十进制 0
3. 接下来的 2 字节(u2)是 major_version(主版本号),即 0x0034,对应十进制 16*3+4 = 52
因为 JDK 版本为 1.k(k>=2)时,对应的 class 文件版本号范围是 45.0 ~ 44+k.0,所以这里的版本号是 1.8.0(44+8 = 52)
4. 接下来的 2 字节(u2)是 constant_pool_count,表示常量池的大小,即 0x0035,对应十进制 53
注意:常量池的大小不是指常量池所占的内存字节数,而是指常量池中的成员个数。
常量池中的成员索引为 [0, constant_pool_count - 1],
常量池中的 #0 不是一个有效的常量池项,仅用来表示 "不引用任何一个常量池项"。
也就是说,当 constant_pool_count = 53 时,常量池中有效的常量索引为 #1 ~ #52
8.5 常量池
Java
虚拟机指令不依赖于类、接口、类的实例对象、或数组的运行时布局,而是依赖常量池表中的符号信息。
即通过指令集中的指令来描述
Java
代码时,需要依赖class
文件中常量池内保存的符号信息。
8.5.1 常量池项在 class
文件中的通用格式
常量池表中的所有的项都具有如下通用格式:
:no-line-numbers
cp_info {
u1 tag;
u2 info[];
}
常量池表中,一个 cp_info
表示一个常量池项,ClassFile
结构中的常量池数组就是由多个 cp_info
构成的。
常量池表中,存在多个不同类型的 cp_info
(常量池项)。
cp_info
中占1
字节(u1)的tag
表示cp_info
的类型。
tag
不同,cp_info
成员结构(info[]
)也不同,cp_info
所占的内存大小也不同。
注意:通用格式中的 "u1 info[]
" 并不是说cp_info
中tag
之后info
数组只占1
字节。"
u1 info[]
" 没有明确的含义,必须根据不同的 tag 值,才能确定info[]
表示的成员结构和所占的内存大小。
8.5.2 常量池项的类型(tag
)
上图所示的表中给出了
cp_info
常量池项的不同tag
类型,以及对应的tag
数值。
8.5.2.1 CONSTANT_Class_info
类型
8.5.2.2 CONSTANT_Fieldref_info
类型
8.5.2.3 CONSTANT_Methodref_info
类型
8.5.2.4 CONSTANT_InterfaceMethodref_info
类型
8.5.2.5 CONSTANT_String_info
类型
8.5.2.6 CONSTANT_Integer_info
类型
8.5.2.7 CONSTANT_Float_info
类型
8.5.2.8 CONSTANT_Long_info
类型
8.5.2.9 CONSTANT_Double_info
类型
8.5.2.10 CONSTANT_NameAndType_info
类型
8.5.2.11 CONSTANT_Utf8_info
类型
8.5.2.12 CONSTANT_MethodHandle_info
类型
8.5.2.13 CONSTANT_MethodType_info
类型
8.5.2.14 CONSTANT_InvokeDynamic_info
类型
8.5.3 如何确定 class
文件中常量池的结束位置
8.6 access_flags
(访问权限标志)
8.7 this_class
、super_class
、interfaces
8.8 字段(成员变量)
每个字段(field
)都通过 field_info
结构定义。
8.8.1 字段在 class
文件中的格式
:no-line-numbers
field_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中:
access_flags:表示字段的访问权限和基本属性。可以是多个权限和属性的标志的组合(位或运算)。
name_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,用于表示字段名。
descriptor_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,用于表示字段描述符。
attributes_count:表示当前字段的附加属性的数量。
attributes[]:表示附加属性表,表中每个附加属性的结构必须是 attribute_info。
字段描述符
字段的描述符(descriptor
)是一个用于 描述字段类型 的字符串。
字段描述符不仅可以描述成员变量的类型,还可以描述静态变量和局部变量的类型。
即:字段描述符就是用来描述任意变量的类型的。
参考 《Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 第4.3.2
节(字段描述符)内容。
:no-line-numbers
// 字段描述符用于描述字段类型
FieldDescriptor:
FieldType
// 字段类型包括:基本类型、类类型、数组类型
FieldType:
BaseType
ObjectType
ArrayType
// 基本类型就是 byte/char/double/float/int/long/short/boolean 其中之一。
BaseType: one of
B C D F I J S Z
// 类类型就是 "L + 全路径类名(路径中的 "." 用 "/" 代替) + ;"
ObjectType:
L<ClassName>;
// 数组类型就是 "[ + 元素类型"
ArrayType:
[<ComponentType>
// 数组的元素类型就是 字段类型
ComponentType:
FieldType
字段描述符解释表如下:
FieldType 中的字符 |
类型 | 含义 |
---|---|---|
B |
byte |
字节型数 |
C |
char |
字符型数 |
D |
double |
双精度浮点数 |
F |
float |
单精度浮点数 |
I |
int |
整型数 |
J |
long |
长整数 |
L<ClassName> |
reference |
ClassName 类的实例 |
S |
short |
短整数 |
Z |
boolean |
布尔值 true/false |
[ |
reference |
一个一维数组 |
特别注意:基本类型中,
long
的描述符为J
,boolean
的描述符为Z
,其他基本类型的描述符即为大写的首字母。
举例:
:no-line-numbers
int 变量的描述符是:I
Object 类型的实例变量的描述符是:Ljava/lang/Object;
三维数组 double d[][][] 类型的变量的描述符是:[[[D
8.8.2 字段的访问权限和基本属性的标志
字段的各个访问标志是可以通过位或运算进行组合的。
如
private static
修饰的字段就是ACC_PRIVATE
和ACC_STATIC
的组合,此时access_flags
的值就是0x0002 | 0x0008 = 0x000A
8.8.3 字段在 class
文件中的解析举例
8.9 方法(成员方法)
包括实例初始化方法以及类或接口初始化方法在内的所有方法(method
),都通过 method_info
结构来定义。
8.9.1 方法在 class
文件中的格式
:no-line-numbers
method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中:
access_flags:表示方法的访问权限和基本属性。可以是多个权限和属性的标志的组合(位或运算)。
name_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,用于表示方法名。
descriptor_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,用于表示方法描述符。
attributes_count:表示当前方法的附加属性的数量。
attributes[]:表示附加属性表,表中每个附加属性的结构必须是 attribute_info。
方法描述符
方法描述符(descriptor
)是一个用于 描述参数类型和返回值类型 的字符串。
无论某方法是静态方法还是实例方法,其方法描述符都是相同的。
也就是说无法通过一个方法的方法描述符来判断该方法是静态的还是非静态的。
尽管实例方法除了传递自身定义的参数外,还需要额外传递参数
this
,但是这一点不是由方法描述符来表达的。参数
this
的传递是由Java
虚拟机中调用实例方法时所使用的字节码指令来实现的。
参考 《Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 第4.3.3
节(方法描述符)内容。
:no-line-numbers
// 方法描述符由参数描述符列表和返回值描述符组成
MethodDescriptor:
({ParameterDescriptor})ReturnDescriptor
// 参数描述符就是 字段类型
ParameterDescriptor:
FieldType
// 返回值描述符包括: 字段类型、void 描述符
ReturnDescriptor:
FieldType
VoidDescriptor
// void 描述符就是 V,表示方法不返回任何值(即方法的返回值类型是 void)
VoidDescriptor:
V
举例:
:no-line-numbers
Object foo(int i, double d, Thread t) {...} 方法的描述符是:(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;
void foo() {...} 方法的描述符是:()V
8.9.2 方法在 class
文件中的解析举例
8.10 属性(attribute
)
属性(attribute
)在 class
文件中的 ClassFile
结构、field_info
结构、method_info
结构和 Code_attribute
结构中都有使用。
8.10.1 属性在 class
文件中的通用格式
:no-line-numbers
attribute_info {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
}
其中:
attribute_name_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,用于表示属性名。
attribute_length:给出了 info[] 数组所占的字节大小。
info[]:不同属性的 info[] 不同,参考各个属性的具体格式。
8.10.2 JVM
规范中预定义的属性(23
个)
8.10.3 Code
属性
Code
属性附加方法的附加属性出现在 method_info
结构中。
Code
属性中包含方法(如成员方法、实例初始化方法、类或接口初始化方法)的 Java
虚拟机指令,及相关的辅助信息。
对于抽象方法(
abstract
修饰的方法)、本地方法(native
修饰的方法),方法对应的method_info
结构中不能有Code
属性。除
native
、abstract
方法之外的其他方法的method_info
中则必须有,且只能有一个Code
属性。
8.10.3.1 Code
属性的格式
:no-line-numbers
Code_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 max_stack;
u2 max_locals;
u4 code_length;
u1 code[code_length];
u2 exception_table_length;
{
u2 start_pc;
u2 end_pc;
u2 handler_pc;
u2 catch_type;
} exception_table[exception_table_length];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中:
attribute_name_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,固定为属性名 `Code`。
attribute_length:表示从 max_stack 到 attribute_info_attributes[] 所占的字节大小。即当前 Code 属性在 class 文件中的剩余长度。
max_stack:表示当前方法在调用时,其栈帧中的操作数栈的最大深度。
max_locals:表示当前方法在调用时,其栈帧中的局部变量表内,有多少个局部变量(包括用于传递参数的局部变量)。
code_length:表示 code[] 数组所占的字节大小。(code_length 的值必须大于 0 ,即 code[] 数组不能为空)
code[]:用于保存实现当前方法的 `Java` 虚拟机代码。
exception_table_length:表示 exception_table[] 数组中的元素个数。
exception_table[]:该数组中的一个元素代表 code[] 数组中的一个异常处理器。
exception_table[] 数组中的每个元素都包含如下结构:
start_pc 和 end_pc:当前元素代表的异常处理器在 code[] 中的有效范围是 [start_pc, end_pc]。
start_pc 的值表示对 code[] 中某一指令操作码的有效索引;
end_pc 的值要么是对 code[] 中某一指令操作码的有效索引,要么等于 code_length;
start_pc 必须小于 end_pc。
当程序计数器在范围 [start_pc, end_pc] 内时,当前元素表示的异常处理器就将生效。
handler_pc:当前元素代表的异常处理器的起点,handler_pc 的值表示对 code[] 中某一指令操作码的有效索引。
catch_type:若值不为 0,
则表示对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Class_info,
表示当前元素代表的异常处理器需要捕捉的异常类型。
若值为 0,
则表示当任意异常抛出时,都会调用当前元素代表的异常处理器。
这可用于实现 finally 语句。
attributes_count:表示 attributes[] 数组中的元素个数。
attributes[]:表示与 Code 属性相关联的其他附加属性的集合。
该数组(属性表)中的每个元素都必须是 attribute_info 类型的。
与 Code
属性相关联的附加属性(即 attributes[]
属性表中的属性类型)可以是:
LineNumberTable
LocalVariableTable
LocalVariableTypeTable
StackMapTable
RuntimeVisibleTypeAnnotations
和RuntimeInvisisbleTypeAnnotations
8.10.3.2 LineNumberTable
:no-line-numbers
该属性用于确定 Java 源码与 code[] 中的 `Java` 虚拟机代码之间的对应关系。
LineNumberTable 属性中保存了一个 line_number_table[] 数组,该数组元素的结构为:
{
u2 start_pc;
u2 line_number;
}
通过数组元素可以表明:
Java 源文件中行号为 line_number 处的源码,会在 code[] 数组中索引 start_pc 处的指令中发生变化。
8.10.3.3 LocalVariableTable
:no-line-numbers
在方法调用时,通过该属性来确定某个局部变量的值。
LocalVariableTable 属性中保存了一个 local_variable_table[] 数组。一个数组元素表示一个局部变量。
该数组元素的结构为:
{
u2 start_pc;
u2 length;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 index;
}
其中:
start_pc 和 length:start_pc 必须是对 code[] 中某一指令操作码的有效索引;
start_pc + length 要么是对 code[] 中某一指令操作码的有效索引,
要么是刚超过 code[] 数组末尾的首个索引值。
当程序执行到 code[] 数组的 [start_pc, start_pc+length] 范围内时,
该局部变量是有效的(即该局部变量必定有值存在)。
name_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,
表示该局部变量名。
descriptor_index:是对常量池表的一个有效索引,该索引指向的常量池项的类型为 CONSTANT_Utf8_info,
表示该局部变量的字段描述符(即局部变量的类型)。
index:表示在方法调用时,该局部变量在栈帧的局部变量表中的索引。
如果栈帧的局部变量表中,index 索引处的局部变量是 long 或 double 类型,则占用 index 和 index+1 两个位置。
8.10.3.4 LocalVariableTypeTable
:no-line-numbers
当局部变量的类型中包含泛型(如 T 或 List<T> 类型的局部变量),或泛型的具体类型(如 List<String> 类型的局部变量)时,
这种类型的局部变量不仅会出现在 LocalVariableTable 属性中,还会出现在 LocalVariableTypeTable 属性中。
LocalVariableTypeTable 属性中保存了一个 local_variable_type_table[] 数组。一个数组元素表示一个局部变量。
该数组元素的结构为:
{
u2 start_pc;
u2 length;
u2 name_index;
u2 signature_index;
u2 index;
}
与 LocalVariableTable 属性中的 local_variable_table[] 数组元素的唯一区别在于:
local_variable_table[] 数组元素中使用 descriptor_index 指定的字段描述符来表示局部变量的类型;
local_variable_type_table[] 数组元素中使用 signature_index 指定的字段签名来表示局部变量的类型;
注意:字段描述符 和 字段签名 是存在区别的。
字段签名参考 《
Java
虚拟机规范Java SE 8
版》 中第4.7.9
节内容(Signature
属性)
8.10.3.5 StackMapTable
:no-line-numbers
该属性用在虚拟机的类型检查验证阶段。
一个方法只能有 0 个或 1 个 StackMapTable 属性。
StackMapTable 属性中保存了一个 stack_map_frame[] 数组,其中 stack_map_frame 表示栈映射帧。
栈映射帧 stack_map_frame 指定了 code[] 中某一指令对应的局部变量和操作数栈的类型。
通过 StackMapTable 属性中保存的栈映射帧集合(stack_map_frame[]),可以提高 JVM 在类型检查的验证阶段的效率。
8.10.3.6 RuntimeVisibleTypeAnnotations
和 RuntimeInvisisbleTypeAnnotations
RuntimeVisibleTypeAnnotations
属性中保存了运行时可见的注解集合
RuntimeVisibleTypeAnnotations
属性中保存了运行时不可见的注解集合
8.10.3.7 栈帧
8.10.3.8 局部变量表(local variable
又称本地变量表)
8.10.3.9 Code
属性在 class
文件中的解析举例(Slot
可复用)
参考 《字节码执行引擎》 中的 局部变量表
注意:方法调用时,栈帧中的局部变量表中的局部变量所占的内存空间是可以复用的。
也就是说,LocalVariableTable
属性中保存的局部变量在局部变量表中的索引 index
可能跟其他局部变量的索引相同。如下图所示:
:no-line-numbers
上图中,
locals=2,即局部变量在局部变量表中总共占 2 slot 单位的内存空间。
根据 LocalVariableTable 属性中的内容可知,局部变量表中保存了 3 个局部变量,
其中两个局部变量的索引是相同的(即局部变量 test 和 e 的索引相同,都为 1),
也就是说,局部变量 test 和 e 共用了 1 slot 单位的内存空间。
9. ASM
开发
ASM
是一个 Java
字节码操控框架。通过 ASM
可以动态生成类或者增强既有类的功能。
ASM
可以直接生成 class
文件,也可以在 class
文件被加载到 Java
虚拟机之前,修改 class
文件中的内容,从而 动态改变类行为。
class
文件中保存的二进制数据足够用来解析所有与Java
类相关的信息:类名称、继承关系、成员变量、成员方法、以及方法体中的Java
代码。
简单的说,ASM
可以读取并解析 class
文件的内容,并提供接口对 class
文件的内容进行访问和修改。
目前许多框架如 CGLib
、Hibernate
、Spring
都直接或间接地使用 ASM
操作字节码。
使用
ASM
需要导入依赖包:asm-7.3.1.jar
和asm-util-7.3.1.jar
。
9.1 编程模型和核心 API
ASM
提供了两种编程模型:
-
Core API
::no-line-numbers提供了基于事件形式的编程模型。 该模型不需要一次性地将整个类的结构读取到内存中。 因此这种方式更快,需要的内存更少。 但这种编程方式难度较大。
-
Tree API
::no-line-numbers提供了基于树形的编程模型。 该模型需要一次性地将整个类的结构读取到内存中。 因此这种方式需要的内存更多。 但这种编程方式较为简单。
9.2 ClassVisitor
开发
ClassVisitor
是 Core API
编程模型中提供的接口,用于对字节码进行操作。
ClassVisitor
接口中的每个方法对应了class
文件中的每一项。
ASM
提供了三个基于 ClassVisitor
接口的实现类来完成 class
文件的生成和转换。
ClassReader
:用于解析一个类的class
文件。ClassAdapter
:实现会变化的功能。ClassWriter
:用来输出变化后的字节码。
ASM
给我们提供了ASMifier
工具来帮助开发,可使用ASMifier
工具生成ASM
结构来对比。