学会阅读java字节码

1.Class文件基础

（1）文件格式



Class文件的结构不像XML等描述语言那样松散自由。由于它没有任何分隔符号，

所以，以上数据项无论是顺序还是数量都是被严格限定的。哪个字节代表什么

含义，长度是多少，先后顺序如何，都不允许改变。

（2）数据类型

仔细观察上面的Class文件格式，可以看出Class文件格式采用一种类似于C语言

结构体的伪结构来存储，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表。

无符号数就是u1、u2、u4、u8来分别代表1个、2个、4个、8个字节。表是由

多个无符号数或其他表构成的复合数据类型，以“_info”结尾。在表开始位置，

通常会使用一个前置的容量计数器，因为表通常要描述数量不定的多个数据。

下图表示的就是Class文件格式中按顺序各个数据项的类型：



（3）兼容性

高版本的JDK能向下兼容以前版本的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，

即使文件格式未发生任何变化。举例来说，JDK 1.7中的JRE能够执行JDK 1.5编译

出的Class文件，但是JDK 1.7编译出来的Class文件不能被JDK 1.5使用。这就是

target参数的用处，可以在使用JDK 1.7编译时指定-target 1.5。

2.一个简单的例子

[java] view
plaincopy

package com.cdai.jvm.bytecode;



public class ByteCodeSample {



private String msg = "hello world";



public void say() {

System.out.println(msg);

}



}

编译成Class文件后的样子：



3.逐个字节分析

（1）魔数和版本号



前四个字节（u4）cafebabe就是Class文件的魔数，第5、6字节（u2）是Class文件的

次版本号，第7、8字节（u2）是主版本号。十六进制0和32，也就是版本号为50.0，

即JDK 1.6。之前介绍的target参数会影响这四个字节的值，从而使Class文件兼容不同

的JDK版本。

（2）常量池



常量池是一个表结构，并且就像之前介绍过的，在表的内容前有一个u2类型的计数器，

表示常量池的长度。十六进制23的十进制值为35，表示常量池里有下标为1~34的表项。

下标从1开始而不是0，是因为第0个表项表示“不引用常量池中的任意一项”。每个表项

的第一个字节是一个u1类型，表示12中数据类型。具体含义如下：



以第一项07 00 02为例，07表示该常量是个CONSTANT_Class_info类型，紧接着一个u2

类型的索引执行第2项常量。再看第二项01 00 24 63 6f 6d 2f ... 65表示的就是字符串

类型，长度为36（十六进制00 24），紧接着就是UTF-8编码的字符串"com/cdai/jvm/bytecode

/ByteCodeSample"。很容易读懂吧？常量池主要是为后面的字段表和方法表服务的。

下面是通过javap解析后常量池的全貌（执行javap -c -l -s -verbose ByteCodeSample）

Constant pool:

const #1 = class #2; // com/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample

const #2 = Asciz com/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;

const #3 = class #4; // java/lang/Object

const #4 = Asciz java/lang/Object;

const #5 = Asciz msg;

const #6 = Asciz Ljava/lang/String;;

const #7 = Asciz <init>;

const #8 = Asciz ()V;

const #9 = Asciz Code;

const #10 = Method #3.#11; // java/lang/Object."<init>":()V

const #11 = NameAndType #7:#8;// "<init>":()V

const #12 = String #13; // hello world

const #13 = Asciz hello world;

const #14 = Field #1.#15; // com/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample.msg:Ljava/lang/String;

const #15 = NameAndType #5:#6;// msg:Ljava/lang/String;

const #16 = Asciz LineNumberTable;

const #17 = Asciz LocalVariableTable;

const #18 = Asciz this;

const #19 = Asciz Lcom/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;;

const #20 = Asciz say;

const #21 = Field #22.#24; // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

const #22 = class #23; // java/lang/System

const #23 = Asciz java/lang/System;

const #24 = NameAndType #25:#26;// out:Ljava/io/PrintStream;

const #25 = Asciz out;

const #26 = Asciz Ljava/io/PrintStream;;

const #27 = Method #28.#30; // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

const #28 = class #29; // java/io/PrintStream

const #29 = Asciz java/io/PrintStream;

const #30 = NameAndType #31:#32;// println:(Ljava/lang/String;)V

const #31 = Asciz println;

const #32 = Asciz (Ljava/lang/String;)V;

const #33 = Asciz SourceFile;

const #34 = Asciz ByteCodeSample.java;

（3）访问标志





显然，00 21表示的就是公有的类。

（4）类、父类、接口



这三个u2类型的值分别表示类索引1、父类索引3、接口索引集合0。查看之前的常量池，

第1项为"com/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample"，第3项为"java/lang/Object"。第0项

表示此类没有实现任何接口，这也就是常量池第0项的作用！

（5）字段表



00 01表示有1个字段。00 02是字段的访问标志，表示private权限的。00 05是字段的名称

索引，指向常量池里第5项"msg"。00 06是字段的描述符索引，指向常量池里的第6项

"Ljava/lang/String"。最后的00 00表示该字段没有其他属性表了。

描述符的作用就是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表和返回值。而属性表就是为

字段表和方法表提供额外信息的表结构。对于字段来说，此处如果将字段声明为一个static

final msg = "aaa"的常量，则字段后就会跟着一个属性表，其中存在一项名为ConstantValue，

指向常量池中的一个常量，值为的"aaa"。

属性表不像Class文件中的其他数据项那样具有严格的顺序、长度和内容，任何人实现的编译器

都可以向属性表中写入自己定义的属性信息，JVM会忽略掉它不认识的属性。后面的方法表中

还要用到属性表的Code属性，来保存方法的字节码。

（6）方法表



00 02表示有两个方法。00 01是方法的访问标志，表示公有方法。00 07和00 08与字段表中的名称

和描述符索引相同，在这里分别表示"<init>"和"()V"。00 01表示该方法有属性表，属性名称为00 09

即我们前面提到的Code属性。

要注意的是：Code属性表也可以有自己的属性，如后面的LocalVariableTable和LineNumberTable。
它们分别为JVM提供方法的栈信息和调试信息。

以下是javap解析后的结果：

public com.cdai.jvm.bytecode.ByteCodeSample();

Signature: ()V

LineNumberTable:

line 3: 0

line 5: 4

line 3: 10

LocalVariableTable:

Start Length Slot Name Signature

0 11 0 this Lcom/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;

Code:

Stack=2, Locals=1, Args_size=1

0: aload_0

1: invokespecial #10; //Method java/lang/Object."<init>":()V

4: aload_0

5: ldc #12; //String hello world

7: putfield #14; //Field msg:Ljava/lang/String;

10: return

LineNumberTable:

line 3: 0

line 5: 4

line 3: 10

LocalVariableTable:

Start Length Slot Name Signature

0 11 0 this Lcom/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;

public void say();

Signature: ()V

LineNumberTable:

line 8: 0

line 9: 10

LocalVariableTable:

Start Length Slot Name Signature

0 11 0 this Lcom/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;

Code:

Stack=2, Locals=1, Args_size=1

0: getstatic #21; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

3: aload_0

4: getfield #14; //Field msg:Ljava/lang/String;

7: invokevirtual #27; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

10: return

LineNumberTable:

line 8: 0

line 9: 10

LocalVariableTable:

Start Length Slot Name Signature

0 11 0 this Lcom/cdai/jvm/bytecode/ByteCodeSample;



4.小结

怎么样并不难吧！接下来我们将要学习下如何用字节码工具如ASM、CGLIB来手写
字节码，从而加深对字节码的理解