Java字节码揭秘——第四部分

实践中的 Java 字节码

对 Java 字节码有了一定了解之后，我们可以来看看一些常用的和熟悉的 Java 语言的内容是如何与字节码映射的，也可以获得一些 Java 实现的细节内容。

 

Java 5 ：自动封装 (autoboxing)

Java 5 版本的一个新特性是自动封装 (autoboxing) ，基础数据类型因语义环境的需要能转换成为对象类型，例如：

 

public class Autoboxing

{

        public static void main(String[] args)

        {

               int x = 5;

               java.util.ArrayList al = new java.util.ArrayList();

               al.add(x);

        }

}

 

在 Java 5 之前，这样的写法是错误的，因为 x 并不是对象。在 Java 5 下，编译后的字节码如下：

 

0: iconst_5

1: istore_1

2: new #2; //class java/util/ArrayList

5: dup

6: invokespecial #3; //Method java/util/ArrayList."<init>":()V

9: astore_2

10: aload_2

11: iload_1

12: invokestatic #4; //Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;

15: invokevirtual #5; //Method java/util/ArrayList.add:(Ljava/lang/Object;)Z

18: pop

19: return

 

编号为 0 的行将整数常量 5 推送至堆栈，编号为 1 的行将堆栈顶端的 5 存储至第一个本地分片中。接下来，有四个操作符指令， new/dup/invokespecial/astore ，是通常用来新创建对象并存储在本地变量中的做法。接下来，在编号为 10 的行，将 ArrayList 的引用推送至队战，然后再将 x 本地的值推送至堆栈。编号为 12 的行我们看到 Java 调用了静态的 Integer.valueOf 方法，它需要一个单独的堆栈分片，并消费整数值 5 ，然后将包含着 5 的 Integer 对象推送到位。然后，这个对象就成为了 add 方法的参数，调用 add 方法就消费了 Integer 和 ArrayList 的引用，并将 add 方法的返回值推送回堆栈。

 

内部类 (Inner Class)

在 JDK 1.1 发布时， Sun 引入了内部类，支持创建与外部类有着特殊的私有可见关系的嵌套类。 JVM 并未引入像 C++ 那样的 friend 功能，这就有点让 Java 使用者有个疑惑：在 JVM 本身强迫私有访问性时，而且把内部类看作跟其他类一样， Java 如何对类的访问进行授权？

 

在下面这个例子中，内部类显然可以访问外部类的 data 私有属性：

 

class Outer

{

        private int data = 12;

        public Inner getInner()

        {

               return new Inner();

        }

        public class Inner

        {

               public int getData()

               {

                       return data;

               }

        }

}

public class NestedFun

{

        public static void main(String[] args)

        {

               Outer o = new Outer();

               Outer.Inner i = o.getInner();

               System.out.println(i.getData());

               // prints 12; how?

        }

}

 

对于这段代码，编译器如何进行工作呢？我们从 NestedFun.main(String[]) 开始看字节码：

 

public static void main(java.lang.String[]);

        Code:

               Stack=2, Locals=3, Args_size=1

               0: new #2; //class Outer

               3: dup

               4: invokespecial #3; //Method Outer."<init>":()V

               7: astore_1

               8: aload_1

               9: invokevirtual #4; //Method Outer.getInner:()LOuter$Inner;

               12: astore_2

               13: getstatic #5; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

               16: aload_2

               17: invokevirtual #6; //Method Outer$Inner.getData:()I

               20: invokevirtual #7; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V

               23: return

 

这段字节码还是比较直接的： Java 使用了常用的 new/dup/invokespecial/astore 组合来创建 Outer 的实例，对 Outer.getInner() 和 getData() 的调用，其中对 getData() 调用的返回值直接传入了 println() 方法 ( 注意，编译器选择先获取 System.out ，然后再是 getData() ，所以才能保证执行堆栈的位置顺序正确 ) 。这一段基本没啥，我们再来看 Outer.Inner.getDate() 方法：

 

public class Outer$Inner extends java.lang.Object

        SourceFile: "NestedFun.java"

        InnerClass:

               public #21= #4 of #18; //Inner=class Outer$Inner of class Outer

        minor version: 0

        major version: 50

        Constant pool: (snipped)

{

final Outer this$0;

public Outer$Inner(Outer);

        Code:

               Stack=2, Locals=2, Args_size=2

               0: aload_0

               1: aload_1

               2: putfield #1; //Field this$0:LOuter;

               5: aload_0

               6: invokespecial #2; //Method java/lang/Object."<init>":()V

               9: return

public int getData();

        Code:

               Stack=1, Locals=1, Args_size=1

               0: aload_0

               1: getfield #1; //Field this$0:LOuter;

               4: invokestatic #3; //Method Outer.access$000:(LOuter;)I

               7: ireturn

}

 

这是去掉了一些输出后的结果，以便阅读。首先，我们看到了在 Java 规范中的“ outer this ”引用被显式加入内部类中作为一个属性，名为“ this$0 ”，并标记为 final 。其次，编译器也生成了内部类的构造函数，用一个外部类的引用为“ outer this ”赋值，所以我们可以假定在外部类的 getInner() 方法中的 new Inner() 会用到本构造函数。第三，在内部类的 getData() 方法上，访问了一个外部类的静态方法叫“ access$000 ”，来获取数据。

 

紧接着，我们可以看看外部类。

 

class Outer extends java.lang.Object{

private int data;

Outer();

        Code:

               0: aload_0

               1: invokespecial #2; //Method java/lang/Object."<init>":()V

               4: aload_0

               5: bipush 12

                7: putfield #1; //Field data:I

               10: return

public Outer$Inner getInner();

        Code:

               0: new #3; //class Outer$Inner

               3: dup

               4: aload_0

               5: invokespecial #4; //Method Outer$Inner."<init>":(LOuter;)V

               8: areturn

static int access$000(Outer);

        Code:

               0: aload_0

               1: getfield #1; //Field data:I

               4: ireturn

}

 

我们可以看见编译器生成了一个静态方法专为访问 data 开了个口子，不过“ access$000 ”是包内私有的，也就是说在同包内的类才能访问该方法。

 

Java 字节码工具

Java 字节码功能工具很多，包括：

• Javassist
• Jasmin
• ……

 

也许，最重要的拆解字节码的工具还是 javap 。

The Java Virtual Machine Specification(2nd Edition) JVM规范(第二版)