本文分享自華為云社區《java之深入class檔案》，原文作者：技識訓炬手，
java語言是跨平臺的，所謂一次撰寫，到處運行，之所以是跨平臺的，就是java定義了一套與作業系統，硬體無關的位元組碼格式，這個位元組碼就是用java class檔案來表示的，java class檔案內部定義了虛擬機可以識別的位元組碼格式，這個格式是平臺無關性的，在linux系統或者在windows系統上都是一致的，這個就好比html檔案，我們定義好規范，這個系統只要去按照規范顯示出來里面的內容就好了，
一.JVM的語言無關性
JVM是干什么用的？
運行java的啊，難不成是運行python的？
這句話是對的，但不完整，JVM并不是只能運行java程式，
事實上，JVM上運行的本身也不是java檔案，而是class檔案，
而能夠編譯轉化為class檔案的，并不只有java一種，
這就是JVM的語言無關性，
至于能不能運行python，取決于是否有一個能將python轉成class檔案的工具，
當然這樣做沒有太多的意義，畢竟python也有其運行環境，且在某種意義上，比java更強大，核心類別庫更完善，
各種語言也有各自的平臺，所以沒有必要強制編譯，
但掌握class檔案還是很有意義的，
作為一個程式員，你是否有過或者曾經有過創建一門語言的奢望？最好還是用漢語開發，
但現實，或者大學里的某個導師，卻給你兜頭一盆冷水，
先花個三五年研究匯編，再考慮實作這些，
三五年，黃花菜都涼了，
現在，有了JVM，似乎看到了一點希望的曙光，
二.class檔案的本質
要實作之前的設想，或者說，想開發一個編譯工具，首先要做的，就是要解構class檔案本身，
無論如何得來，class檔案的本質都是一組以 8 位位元組為基礎單位的2進制流，
記住，是2進制，
為了證明這一點，我們還是要用到一些工具，比如，Sublime，
它并不是一個直接查看2進制的工具，而是16 進制的編輯器（2進制和16進制可以無縫切換），
這里面似憾訓有python的事情哦，使用時，直接點擊sublime_text.exe檔案即可，
然后選擇class檔案，打開，如下圖的樣子，
看的人眼花對不對？這都什么玩意！
前文說了，2進制，不，這就是16進制啊，
如果你不想去看16進制，也可以使用javap，直接去查看位元組碼指令（詳細內容見前文《一段java代碼是如何執行的》），
如果你也不想打開命令列，還有一個叫jclasslib的工具，可提供圖形化界面，它還有適用于idea的插件，
但它不是重點，暫且忽略，
三.class檔案結構揭秘
class檔案格式中只有兩種資料型別，無符號數和表，
其中，無符號數包含所有的基礎資料型別和字串，索引參考等，根據位元組長度又可以分為u1，u2，u4，u8，分別代表無符號數的長度為1，2，4，8，
而表，即物件型別，
接下來，以sublime檔案決議的內容為藍本，按順序說說的class檔案的構成，
（1）class檔案的頭四個位元組被稱為魔數，它的作用是確定這個檔案是否為一個能被虛擬機接受的 Class 檔案，
如，上文中魔數的值為：
它代表該檔案是一個class型別的檔案，不信，你可以多打開幾個class檔案看看，
（2）接下來的四個位元組代表jdk的版本
如上的內容代表jdk的版本為1.8，
PS:jdk1.1的版本數字為45，以后每跨一個大版本，數字+1，所以jdk1.8的版本數字為51(十進制)，轉化為16進制即為34，
（3）下面一個概念是常量池
以上內容是常量池的計數器，通過該數字，我們計算出常量的個數為15個（計算出的數字減1，因為該計數器的起始數不是0，而是1）
我們用javap命令打開常量池，證明常量的確是15個，
（4）常量池后面就是訪問標志，訪問標志主要分為如下類別
我們回頭去看看這段class的原始碼（居然如此簡單）
Java 代碼
public class ByteCode {
public ByteCode(){
}
}該類非介面，非抽象類，非列舉，非系統代碼，非final，有pulbic，且編譯器在jdk1.2之后，所以，滿足條件的標志為：
ACC_PUBLIC和 ACC_SUPER，對應標志數為0001和0020，合并起來就是0021，如下圖位置：
（5）類索引，父類索引和介面索引
- 上文訪問標志后面就是類索引，索引值為0002，對應常量池第二位，
- 類索引后面就是夫類索引，索引值為0003，對應常量池第三位，
- 父類索引后面就是介面索引，索引值為0000，代表該類沒有實作任何介面，
（6）欄位表，方法表，屬性表
三大索引之后就是欄位表
欄位表為0000，代表無欄位，
如上圖，方法表分為四部分
- 方法表計數器的結果為1，代表有一個欄位
- 方法表訪問標志為0001，代表public
- 方法表名稱索引為0004，對應常量池第4個
- 方法表描述索引為0005，對應常量池第5個
屬性表以此類推，
四.位元組碼指令
單獨開一個章節講講位元組碼指令，它存在于方法表中，如下分類：
（1）加載和存盤指令
此部分內容，見前文《一段java代碼是如何執行的》）
（2）運算或算術指令
原始碼：
Java 代碼
public class Test {
public void add(int a,int b){
System.out.println(a+b);
System.out.println(a-b);
System.out.println(a*b);
System.out.println(a/b);
}
}位元組碼指令如下：
（3）型別轉換指令
原始碼：
Java 代碼
public class Test {
public void add(int a,int b){
int c = 1;
long d = c;
}
}位元組碼指令：
（4）創建實體指令
這個不用多講，就是new
（5）創建陣列指令
原始碼：
Java 代碼
public class Test {
public void add(int a,int b){
int[] c = new int[4];
String[] d = new String[5];
}
}位元組碼指令：
（6）訪問欄位指令
原始碼：
Java 代碼
public class Test {
private static String name = "1";
private String age = "2";
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
String a = test.age;
String b = Test.name;
}
}位元組碼指令：
（7）陣列存取指令
原始碼：
Java 代碼
public static void main(String[] args) {
String[] a = new String[5];
a[1] = "2";
String b = a[1];
}位元組碼指令：
（8）檢查實體型別指令
就是instanceof，演示略
（9）方法回傳指令
就是return，演示略
五.例外操作
直接看一段代碼：
Java 代碼
public class Test {
public void test() {
InputStream in = null;
try {
in = new FileInputStream("i.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}代碼是一段典型的檔案流操作，與其他代碼不同的是，它捕獲了兩個例外，
那么，位元組碼指令又是如何處理該例外的呢
我們可以看到，最底下出現了一個exception table，即例外表，它記錄了所有的例外資料
以例外表第一行舉例，from，to分別代表，如果第12行，到第16行間發生例外，則直接跳到第19行（target），
六.裝箱拆箱
這是繞不過去的一個話題，
但凡有一點java基礎的人都知道，java有八大基礎資料型別，每一種型別都對應一種包裝類，如int之于Integer，long之于Long，
一般來講，基礎資料型別和包裝類都可以相互賦值，但這其中的邏輯如何呢？
Java 代碼
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Integer i = 1;
int a = 2;
int b = 3;
i = a;
b = i;
}
}我們來看看位元組碼指令
從位元組碼指令中，我們可以看到，有三次拆裝操作
- 第一次，呼叫Integer的valueOf方法，講常量1轉為Integer型別；
- 第二次，呼叫Integer的valueOf方法，講堆疊頂值2轉為Integer型別；
- 第三次，呼叫intValue方法，講Integer轉為int，然后賦值給b，
前兩部為裝箱，后一步為拆箱，
這就是拆裝箱的底層實作邏輯了，
點擊關注，第一時間了解華為云新鮮技術~
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/279979.html
標籤：java