JVM-03-字节码文件

文章目录

• [0. 什么是字节码文件](#0. 什么是字节码文件)
• [1. 打开字节码文件](#1. 打开字节码文件)
• [2. 字节码文件的组成](#2. 字节码文件的组成)
• • [2.1 一般信息 ⭐](#2.1 一般信息 ⭐)
  • • [魔数 Magic ⭐](#魔数 Magic ⭐)
    • 主次版本号
  • [2.2 常量池 ⭐](#2.2 常量池 ⭐)
  • [2.3 方法 ⭐](#2.3 方法 ⭐)
• [3. 字节码常用工具](#3. 字节码常用工具)
• • [3.1 javap](#3.1 javap)
  • [3.2 jclasslib插件](#3.2 jclasslib插件)
  • [3.3 阿里Arthas](#3.3 阿里Arthas)
  • • 常用命令
    • • [① dashboard](#① dashboard)
      • [② dump](#② dump)
      • [③ jad](#③ jad)
• 总结

0. 什么是字节码文件

字节码文件是一种介于源代码和机器码之间的二进制中间代码文件，用于在虚拟机上执行程序。

jvm不关心运行在内部的是什么语言编写的，只关心字节码

要想使得Java文件在jvm中正确运行，就需要转为字节码文件。

类比理解

1. 打开字节码文件

使用Notepad++的十六进制插件查看.class文件，先安装HEX Editor插件：

然后用插件打开.class文件。

插件 -> HEX Editor -> View in HEX

可以看到：

其中，左边表示当前文件中的地址，中间是十六进制数据，最后是编码后的结果。编译后的结果显示乱码，无法直观的查看到字节码文件。就需要使用工具来查看，比如jclasslib。

使用工具jclasslib（下载地址：https://github.com/ingokegel/jclasslib/releases），打开target目录下的`.class`文件，可以看到：

2. 字节码文件的组成

使用工具jclasslib打开target目录下的.class文件，可以看到：

• 一般信息
• 常量池
• 接口
• 字段
• 方法
• 属性

下方重点介绍一般信息、常量池、方法。

2.1 一般信息 ⭐

可以看到信息概览。

魔数 Magic ⭐

java字节码文件中，将文件头称为魔数 Magic。class文件开头4个字节固定为cafebabe。

• 作用：jvm可以通过文件头可以判断是否是一个合法的class文件。因为文件的扩展名是可以修改的，比如png可以改成avi，通过文件头可以看到原始文件类型。
  
  因此，我们通过软件去打开文件时，软件会校验文件头来获取类型，如果不支持，就会报错。

其他的文件类型对应的文件头：

主次版本号

指class由哪个版本Java编译。主版本号用来标识大版本号，jdk1.2之后每升级一个大版本就+1。主版本号减去44就是jdk的版本号，比如61-44=17，jdk就是17。

2.2 常量池 ⭐

• 作用：避免相同内容，重复定义，节省空间。
• 常量池中的数据都有一个编号，从1开始。通过编号可以快速找到对应的数据。

2.3 方法 ⭐

存储该方法的所有元数据定义，以及供 Java 虚拟机（JVM）实际执行的指令序列（运行逻辑）。

以下方代码为例：

public void test07(){
    int i = 0;
    i = i++;
    System.out.println(i);
}

用jclasslib打开对应的字节码文件：

通过右击指令名，可以显示JVM规范，也就是该指令在jvm中的含义。

其中，

• iconst_<i>表示：将int常量i放到操作数栈中。iconst_0也就表示将常量0放到操作数栈中。
  
• istore_<n>表示：操作数栈出栈，在局部变量表的索引为n的地方设置该值。那么istore_1表示，将前一步入栈的常量0出栈，放到局部变量表下表为1的地方。
  
• iload_<n>表示：将局部变量表中下标为n的值入栈操作数栈。那么iload_1则表示将常量表中下标为1的值也就是0，放到操作数栈。（注意：入栈不影响常量表中的值）
  
• iinc表示：将局部变量表中索引下标中的值增加。那么iinc 1 by 1表示将常量表下标为1的值增加1。
  
  那么，整个字节码可以解释为：
  0 将常量0放到操作数栈中。stacktop=0
  1 将常量0出栈，放到局部变量表下表为1的地方。local1=0
  2 将常量表中下标为1的值，放到操作数栈。stacktop=0
  3 将常量表下标为1的值增加1。local1=1
  6 将常量0出栈，放到局部变量表下表为1的地方。local1=0
  10 将常量表中下标为1的值，放到操作数栈。stacktop=0

注意：局部变量表不能直接运算，必须放到操作数栈中。

综上，常量表下标为1的值为0，也就是说i的值为0。

3. 字节码常用工具

3.1 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。

• 检查javap命令是否可用：

  一般安装了java环境就会有

  

• 这里以为jar包为例，先使用命令jar -xvf xx.jar将jar包解压：

  

• 解压后字节码文件全部存放在BOOT-INF中。

  

• 查看某个字节码文件的信息，并保存在.txt文件：javap -v 地址\xx.class > 地址\xx.txt

  

  得到包含所有完整字节码内容的文件

  

3.2 jclasslib插件

idea中有jclasslib插件，可以通过该插件在代码编译后实时查看字节码内容。

View->Show Bytecode With Jclasslib 可以查看到对应的字节码文件。（注意一定要先选中要查看字节码文件的源代码，否则不会出现这个选项）

右侧可以看到对应的字节码文件信息

注意：如果源代码内容发生改变后，需要先编译才能看到最新的字节码文件。

点击刷新

以上两款工具都是针对本地或者服务器上静态查看字节码文件，如果程序在运行了要怎么查看类的字节码信息？

3.3 阿里Arthas

Arthas是阿里巴巴开源的 Java 在线诊断工具，主要用于生产环境排查 Java 应用问题，能够实时查看应用load、内存、gc、线程的状态信息。

下载：https://arthas.aliyun.com

官方文档：https://arthas.aliyun.com/doc

• 下载安装包：
  
• 解压：
  
• 启动arthas：
  可以看到所有在运行中的程序
  
• 查看指定程序，输入编号，这里输入1为例：
  

常用命令

① dashboard

查看 JVM 总览：

这里执行dashboard -i 2000 -n 1，即每2秒刷新一次，刷新次数为一次，可以看到如下效果：

可以看到程序状态、CPU占有率、内存占用、GC、操作系统、java版本、CPU核数等等

② dump

把 JVM 中已经加载的某个类的字节码文件导出到本地磁盘。

执行命令：dump -d "D:\test\jvm\data" com.example.utils.UtilsApplication

可以查看到生成的字节码文件

③ jad

将运行中的类的字节码信息反编译为源码。通过该命令可以确认源代码是不是最新的。

通过jad 类名命令拿到源代码，这里以jad com.example.utils.UtilsApplication为例：

总结

1. 打开字节码文件方式：jclasslib、javap命令、idea插件、arthas
2. 其中arthas可以用于查看运行时的类的字节码信息，可以通过jad命令拿到反编译的源码，可以用于处理线上问题。

以上为个人学习分享，如有问题，欢迎指出：）