Java基础--------Java反编译

（参考http://www.hollischuang.com/archives/58 点击打开链接，以此为模板 自己做了整理、修改） 

 

一. 反编译的概念

反编译，一般指反向编译。

计算机软件反向工程（Reverse engineering）也称为计算机软件还原工程，是指通过对他人软件的目标程序（比如可执行程序）进行“逆向分析、研究”工作，以推导出他人的软件产品所使用的思路、原理、结构、算法、处理过程、运行方法等设计要素，某些特定情况下可能推导出源代码。反编译作为自己开发软件时的参考，或者直接用于自己的软件产品中

1.1 编程语言

在介绍编译和反编译之前，我们先来简单介绍下编程语言（Programming Language）。编程语言（Programming Language）分为低级语言（Low-level Language）和高级语言（High-level Language）。
机器语言（Machine Language）和汇编语言（Assembly Language）属于低级语言，直接用计算机指令编写程序。
而C、C++、Java、Python等属于高级语言，用语句（Statement）编写程序，语句是计算机指令的抽象表示。
举个例子，同样一个语句用C语言、汇编语言和机器语言分别表示如下：
计算机只能对数字做运算，符号、声音、图像在计算机内部都要用数字表示，指令也不例外，上表中的机器语言完全由十六进制数字组成。最早的程序员都是直接用机器语言编程，但是很麻烦，需要查大量的表格来确定每个数字表示什么意思，编写出来的程序很不直观，而且容易出错，于是有了汇编语言，把机器语言中一组一组的数字用助记符（Mnemonic）表示，直接用这些助记符写出汇编程序，然后让汇编器（Assembler）去查表把助记符替换成数字，也就把汇编语言翻译成了机器语言。

但是，汇编语言用起来同样比较复杂，后面，就衍生出了Java、C、C++等高级语言。

1.2 什么是编译

上面提到语言有两种，一种低级语言，一种高级语言。可以这样简单的理解：低级语言是计算机认识的语言、高级语言是程序员认识的语言。
那么如何从高级语言转换成低级语言呢？这个过程其实就是编译。
从上面的例子还可以看出，C语言的语句和低级语言的指令之间不是简单的一一对应关系，一条a=b+1;语句要翻译成三条汇编或机器指令，这个过程称为编译（Compile），由编译器（Compiler）来完成，显然编译器的功能比汇编器要复杂得多。用C语言编写的程序必须经过编译转成机器指令才能被计算机执行，编译需要花一些时间，这是用高级语言编程的一个缺点，然而更多的是优点。首先，用C语言编程更容易，写出来的代码更紧凑，可读性更强，出了错也更容易改正。
将便于人编写、阅读、维护的高级计算机语言所写作的源代码程序，翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序的过程就是编译。负责这一过程的处理的工具叫做编译器。
现在我们知道了什么是编译，也知道了什么是编译器。不同的语言都有自己的编译器，Java语言中负责编译的编译器是一个命令：javac
javac是收录于JDK中的Java语言编译器。该工具可以将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于Java虚拟机的字节码。

当我们写完一个HelloWorld.java文件后，我们可以使用javac HelloWorld.java命令来生成HelloWorld.class文件，这个class类型的文件是JVM可以识别的文件。通常我们认为这个过程叫做Java语言的编译。其实，class文件仍然不是机器能够识别的语言，因为机器只能识别机器语言，还需要JVM再将这种class文件类型字节码转换成机器可以识别的机器语言。

1.3 什么是反编译

反编译的过程与编译刚好相反，就是将已编译好的编程语言还原到未编译的状态，也就是找出程序语言的源代码。就是将机器看得懂的语言转换成程序员可以看得懂的语言。Java语言中的反编译一般指将class文件转换成java文件。

 

有了反编译工具，我们可以做很多事情，最主要的功能就是有了反编译工具，我们就能读得懂Java编译器生成的字节码。如果你想问读懂字节码有啥用，那么我可以很负责任的告诉你，好处大大的。比如我的博文几篇典型的原理性文章，都是通过反编译工具得到反编译后的代码分析得到的。如深入理解多线程（一）——Synchronized的实现原理、深度分析Java的枚举类型—-枚举的线程安全性及序列化问题、Java中的Switch对整型、字符型、字符串型的具体实现细节、Java的类型擦除等。我最近在GitChat写了一篇关于Java语法糖的文章，其中大部分内容都用到反编译工具来洞悉语法糖背后的原理。

 

二. 反编译的工具

 

本文主要介绍3个Java的反编译工具：javap、jad和cfr

2.1 javap

javap是jdk自带的一个工具，可以对代码反编译，也可以查看java编译器生成的字节码。javap和其他两个反编译工具最大的区别是他生成的文件并不是java文件，也不像其他两个工具生成代码那样更容易理解。拿一段简单的代码举例，如我们想分析Java 7中的switch是如何支持String的，我们先有以下可以编译通过的源代码：

 

我个人的理解，javap并没有将字节码反编译成java文件，而是生成了一种我们可以看得懂字节码。其实javap生成的文件仍然是字节码，只是程序员可以稍微看得懂一些。如果你对字节码有所掌握，还是可以看得懂以上的代码的。其实就是把String转成hashcode，然后进行比较。

个人认为，一般情况下我们会用到javap命令的时候不多，一般只有在真的需要看字节码的时候才会用到。但是字节码中间暴露的东西是最全的，你肯定有机会用到，比如我在分析synchronized的原理的时候就有是用到javap。通过javap生成的字节码，我发现synchronized底层依赖了ACC_SYNCHRONIZED标记和monitorenter、monitorexit两个指令来实现同步。

 

2.2 jad

jad是一个比较不错的反编译工具，只要下载一个执行工具，就可以实现对class文件的反编译了。还是上面的源代码，使用jad反编译后内容如下：
命令：jad switchDemoString.class

看，这个代码你肯定看的懂，因为这不就是标准的java的源代码么。这个就很清楚的可以看到原来字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。
但是，jad已经很久不更新了，在对Java7生成的字节码进行反编译时，偶尔会出现不支持的问题，在对Java 8的lambda表达式反编译时就彻底失败。

2.3 CFR

jad很好用，但是无奈的是很久没更新了，所以只能用一款新的工具替代他，CFR是一个不错的选择，相比jad来说，他的语法可能会稍微复杂一些，但是好在他可以work。
如，我们使用cfr对刚刚的代码进行反编译。执行一下命令：

CFR还有很多其他参数，均用于不同场景，读者可以使用java -jar cfr_0_125.jar --help进行了解。这里不逐一介绍了。

三. eclipse安装Java反编译插件

在实际的开发中几乎都会使用到一些框架来辅助项目的开发工作，对于一些框架的代码我们总怀有一些好奇之心，想一探究竟，有源码当然更好了，对于有些JAR包中的代码我们就需要利用反编译工具来看一下了，下面是我常使用的一种安装Java反编译工具的方法，操作比较简单。

 

1） Eclipse的版本信息

2） Help——Eclipse Marketplace

3-1） 输入 Decompiler 搜索并安装此插件

3-2） 输入 反编译 搜索并安装此插件（有好多好玩的插件，不妨尝试玩一玩）

4） 这里有几种不同的反编译插件工具的选择，可以先都选上，然后尝试一下，看看那个更好玩

5） 没得选，不接受，就不能继续玩了

6） 当然要继续了

7） 好啦！反编译插件安装完成了，重启Eclipse之后就能玩了，那就Yes吧！

 

 

8） 想看一下反编译插件安装后的设置选项 Window——Preferences

 

 

9） 下图为Eclipse Class Decompiler的首选项页面，可以选择缺省的反编译器工具，并进行反编译器的基本设置。

缺省的反编译工具为JD-Core，JD-Core更为先进一些，支持泛型、Enum、注解等JDK1.5以后才有的新语法。

首选项配置选项的含义如下所示：
      9-1） 重用缓存代码：只会反编译一次，以后每次打开该类文件，都显示的是缓存的反编译代码。
      9-2） 忽略已存在的源代码：若未选中，则查看Class文件是否已绑定了Java源代码，如果已绑定，则显示Java源代码，如果未绑定，则反编译Class文件。若选中此项，则忽略已绑定的Java源代码，显示反编译结果。
      9-3） 显示反编译器报告：显示反编译器反编译后生成的数据报告及异常信息。
      9-4） 使用Eclipse代码格式化工具：使用Eclipse格式化工具对反编译结果重新格式化排版，反编译整个Jar包时，此操作会消耗一些时间。
      9-5） 使用Eclipse成员排序：使用Eclipse成员排序对反编译结果重新格式化排版，反编译整个Jar包时，此操作会消耗大量时间。
      9-6） 以注释方式输出原始行号信息：如果Class文件包含原始行号信息，则会将行号信息以注释的方式打印到反编译结果中。
      9-7） 根据行号对齐源代码以便于调试：若选中该项，插件会采用AST工具分析反编译结果，并根据行号信息调整代码顺序，以便于Debug过程中的单步跟踪调试。

      9-8） 设置类反编译查看器作为缺省的类文件编辑器：默认为选中，将忽略Eclipse自带的Class Viewer，每次Eclipse启动后，默认使用本插件提供的类查看器打开Class文件。

10） 查看所引用的 类 || 接口 || 方法 的反编译代码的方法如下
       方法一：右键点中 类 || 接口 || 方法 名，选择Open Declaration，即可进入源码。
       方法二：右键点中 类 || 接口 || 方法 名，直接按F3键，即可进入源码。

       方法三：常按住Ctrl键，然后点击 类 || 接口 || 方法 名，即可进入源码。（我比较喜欢这种操作方式）

11） 插件提供了系统菜单，工具栏，当打开了插件提供的类反编译查看器后，会激活菜单和工具栏选项，可以方便的进行首选项配置，切换反编译工具重新反编译，以及导出反编译结果。

四. 防止反编译

 

如何防止反编译？我们都知道Java是一种解析型语言，这就决定Java文件编译后不是机器码，而是一个字节码文件，也就是CLASS文件。而这样的文件是存在规律的，经过反编译工具是可以还原回来的。

由于我们有工具可以对Class文件进行反编译，所以，对开发人员来说，如何保护Java程序就变成了一个非常重要的挑战。但是，魔高一尺、道高一丈。当然有对应的技术可以应对反编译咯。但是，这里还是要说明一点，和网络安全的防护一样，无论做出多少努力，其实都只是提高攻击者的成本而已。无法彻底防治。

典型的应对策略有以下几种：

        隔离Java程序
        让用户接触不到你的Class文件
        对Class文件进行加密
        提到破解难度
        代码混淆
        将代码转换成功能上等价，但是难于阅读和理解的形式

 

下面是《Nokia中Short数组转换算法》 类中Main函数的ByteCode：

 

0 ldc #16
2 invokestatic #18
5 astore_1
6 return

其源代码是：short [] pixels = parseImage("/ef1s.png");

我们通过反编译工具是可以还原出以上源代码的。而通过简单的分析，我们也能自己写出源代码的。
第一行：ldc #16
ldc为虚拟机的指令，作用是：压入常量池的项，形式如下
ldc index
这个index就是上面的16，也就是在常量池中的有效索引，当我们去看常量池的时候，我们就会找到index为16的值为String_info，里面存了/ef1s.png.
所以这行的意思就是把/ef1s.pn作为一个String存在常量池中，其有效索引为16。
第二行：2 invokestatic #18
invokestatic为虚拟机指令，作用是：调用类（static）方法，形式如下
invokestatic indexbyte1 indexbyte2
其中indexbyte1和indexbyte2必须是在常量池中的有效索引，而是指向的类型必须有Methodref标记，对类名,方法名和方法的描述符的引用。
所以当我们看常量池中索引为18的地方，我们就会得到以下信息：
Class Name : cp_info#1
Name Type : cp_info#19
1 和19都是常量池中的有效索引，值就是右边<>中的值，再往下跟踪我就不多说了，有兴趣的朋友可以去JAVA虚拟机规范。
这里我简单介绍一下parseImage(Ljava/lang/String;)[S 的意思。
这就是parseImage这个函数的运行，我们反过来看看parseImage的原型就明白了
short [] parseImage(String)
那么Ljava/lang/String;就是说需要传入一个String对象，而为什么前面要有一个L呢，这是JAVA虚拟机用来表示这是一个Object。如果是基本类型，这里就不需要有L了。然后返回为short的一维数组，也就是对应的[S。是不是很有意思，S对应着Short类型，而“[”对应一维数组，那有些朋友要问了，两维呢，那就“[[”，呵呵，是不是很有意思。
好了，调用了函数，返回的值要保存下来吧。那么就是第三行要做的事情了。
第三行：5 astore_1
很简单的。但是却有文章，也是比较容易混乱的地方。
astore_为虚拟机指令，作用为：将当前reference存储到局部变量中去。而必须是对当前框架的局部变量的有效索引。打个比方，可能我们这个函数中可能还要用到这个局部变量，我们可以通过来找到它。例如调用虚拟机指令：
aload_1，就能得到该值。
第四行：6 return
同样的，return也是虚拟机指令了，它的作用为：从方法返回void。
这里也就是退出main函数。
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当然如果你熟悉了，一点就能看懂了。通过肉眼就可以反编译程序了。目前所有的反编译工具都无法做到完美反编译，在有问题的地方还需要人去修正。

这里主要是要说一种通过添加代码来在某种程度来避免当前流行的反编译工具对你的代码进行反编译。
方案一：

1，首先要添加一个参数为Exception类型的函数，例如这样。

   public static void Fake(Exception e)
   {
       e.toString();
   }

一定要有e.toString();，因为要防止你的混淆器把无用的代码过滤。

2，然后在每个类中调用这个函数，放在try...catch(Exception e)..中的catch里面，例如：

   try
   {
    ...
   }
   catch (Exception e)
   {
       Fake(e);
   }

请注意 ，一定要放在catch才有用，其他地方无用。
方案二：
如果以上方法还不够专业，我们再来一个。呵呵~

1，同样的，我们定义一个类，这个类叫做AntiCrack.。名字好像有点大。。。代码如下：

public class AntiCrack
{
   private AntiCrack()
   {
   }
   public static Throwable Fake(Throwable throwable, Throwable throwable1)
   {
       try
       {
           throwable.getClass().getMethod("initCause", new Class[] {
               java.lang.Throwable.class
           }).invoke(throwable, new Object[] {
               throwable1
           });
       }
       catch(Exception exception) { }
       return throwable;
   }
}

2，同样的，我们在catch里面调用该函数。例如如下。

           try
           {
               //your code here
           }
           catch(IOException ioexception)
           {
               IllegalArgumentException illegalargumentexception = new IllegalArgumentException(ioexception.toString());
               AntiCrack.fake(illegalargumentexception, ioexception);
               throw illegalargumentexception;
           }

或者也可以这样

public class AntiException extends Exception
{
   public AntiException()
   {
   }
   public AntiException(String s)
   {
       super(s);
   }
   public AntiException(String s, Throwable throwable)
   {
       super(s);
       AntiCrack.fake(this, throwable);
   }
}

然后在你的程序里面

try
{
}
catch(IoException e)
{
     throw new AntiException(ioexception.toString(), ioexception);
}

当采用以上方式后，任何类只要调用了该函数，生成的class反编译后出错，得不到结果。
Decafe、FrontEnd和YingJAD，反编译时都有exception，然后无法进行下去。大家可以多测试变得反编译工具。建议推荐用第二个方法。

 

 

 

 

 

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面向对象，面向卿；不负代码，不负心... ...