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Java字节码深入解析

　　本文标签：Java 字节码

　　一：Java字节代码的组织形式

　　类文件{

　　OxCAFEBABE，小版本号，大版本号，常量池大小，常量池数组，访问控制标记，当前类信息，父类信息，实现的接口个数，实现的接口信息数组，域个数，域信息数组，方法个数，方法信息数组，属性个数，属性信息数组

　　}

　　二：查看方法 --- javap命令

　　例子：有一个Java类Demo.java

  1. public class Demo { 
  2.     private String str1; 
  3.     private String str2; 
  4.     private int num1; 
  5.     private int num2; 
  6.     public static final String STATIC_DATA = "hello world"; 
  7.      
  8.     private void sayHello1(){ 
  9.         System.out.println("this is method1..."); 
  10.     } 
  11.     private void sayHello2(){ 
  12.         System.out.println("this is method2..."); 
  13.     } 
  14.     public void sayHello3(){ 
  15.         System.out.println("this is method3..."); 
  16.     } 
  17. } 

　　通过jdk自带的反编译工具命令 javap 可以查看class文件的字节码信息

D:\>javap -verbose Demo >> Demo.txt

　　Demo.txt：

  1. Compiled from "Demo.java" 
  2. public class Demo extends java.lang.Object 
  3.   SourceFile: "Demo.java" 
  4.   minor version: 0 
  5.   major version: 49   
  6.   
  7.   Constant pool: 
  8. const #1 = class      #2;   //  Demo 
  9. const #2 = Asciz     Demo; 
  10. const #3 = class      #4;   //  java/lang/Object 
  11. const #4 = Asciz     java/lang/Object; 
  12. const #5 = Asciz     str1; 
  13. const #6 = Asciz     Ljava/lang/String;; 
  14. const #7 = Asciz     str2; 
  15. const #8 = Asciz     num1; 
  16. const #9 = Asciz     I; 
  17. const #10 = Asciz   num2; 
  18. const #11 = Asciz   STATIC_DATA; 
  19. const #12 = Asciz   ConstantValue; 
  20. const #13 = String  #14; //  hello world 
  21. const #14 = Asciz   hello world; 
  22. const #15 = Asciz   ; 
  23. const #16 = Asciz   ()V; 
  24. const #17 = Asciz   Code; 
  25. const #18 = Method       #3.#19;   //  java/lang/Object."":()V 
  26. const #19 = NameAndType    #15:#16;//  "":()V 
  27. const #20 = Asciz   LineNumberTable; 
  28. const #21 = Asciz   LocalVariableTable; 
  29. const #22 = Asciz   this; 
  30. const #23 = Asciz   LDemo;; 
  31. const #24 = Asciz   sayHello1; 
  32. const #25 = Field   #26.#28;  //  java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 
  33. const #26 = class    #27; //  java/lang/System 
  34. const #27 = Asciz   java/lang/System; 
  35. const #28 = NameAndType    #29:#30;//  out:Ljava/io/PrintStream; 
  36. const #29 = Asciz   out; 
  37. const #30 = Asciz   Ljava/io/PrintStream;; 
  38. const #31 = String  #32; //  this is method1... 
  39. const #32 = Asciz   this is method1...; 
  40. const #33 = Method       #34.#36;  //  java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 
  41. const #34 = class    #35; //  java/io/PrintStream 
  42. const #35 = Asciz   java/io/PrintStream; 
  43. const #36 = NameAndType    #37:#38;//  println:(Ljava/lang/String;)V 
  44. const #37 = Asciz   println; 
  45. const #38 = Asciz   (Ljava/lang/String;)V; 
  46. const #39 = Asciz   sayHello2; 
  47. const #40 = String  #41; //  this is method2... 
  48. const #41 = Asciz   this is method2...; 
  49. const #42 = Asciz   sayHello3; 
  50. const #43 = String  #44; //  this is method3... 
  51. const #44 = Asciz   this is method3...; 
  52. const #45 = Asciz   SourceFile; 
  53. const #46 = Asciz   Demo.java; 
  54.   
  55. { 
  56. public static final java.lang.String STATIC_DATA; 
  57.   Constant value: String hello world 
  58. public Demo(); 
  59.   Code: 
  60.    Stack=1, Locals=1, Args_size=1 
  61.    0:      aload_0 
  62.    1:      invokespecial  #18; //Method java/lang/Object."":()V 
  63.    4:      return 
  64.   LineNumberTable: 
  65.    line 2: 0 
  66.   LocalVariableTable: 
  67.    Start  Length  Slot  Name   Signature 
  68.    0      5      0    this       LDemo; 
  69.   
  70. public void sayHello3(); 
  71.   Code: 
  72.    Stack=2, Locals=1, Args_size=1 
  73.    0:      getstatic   #25; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 
  74.    3:      ldc   #43; //String this is method3... 
  75.    5:      invokevirtual  #33; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 
  76.    8:      return 
  77.   LineNumberTable: 
  78.    line 17: 0 
  79.    line 18: 8 
  80.   LocalVariableTable: 
  81.    Start  Length  Slot  Name   Signature 
  82.    0      9      0    this       LDemo; 
  83. } 

　　解析：

　　1.版本号 major version: 49 //java版本 jdk1.6显示的是50， jdk1.5显示的是49，jdk1.4显示的是58 ， 高版本能执行低版本的class文件

　　2.常量池Constant pool

　　Method：方法

　　Field：字段

　　String：字符串

　　Asciz：签名如由jvm调用，其他是不能够去调用它的

　　NameAndType：变量名的类型

　　Class：类

　　通过字节码，我们可以看到Demo类 继承于java.lang.Object，如果类中没有显式声明构造函数的话，编译器会插入一个缺省无参的构造函数(构造函数在JVM级别是显示成的普通函数)  。

　　三：检测代码的效率问题

　　学习Java的过程中，都会了解到字符串合并时要用到StringBuffer 来代替String，那下面就来通过Java字节码来验证两种方式的效率性  。

　　例子：一个Java类 TestString.java

  1. public class TestString { 
  2.     public String testString(String str1, String str2){ 
  3.        return str1 + str2; 
  4.     } 
  5.     public String testStringBuffer(StringBuffer sb, String str){ 
  6.        return sb.append(str).toString(); 
  7.     } 
  8. } 
  9.   

　　javap –c TestString 后字节码信息：

  1. Compiled from "TestString.java" 
  2. public class TestString extends java.lang.Object{ 
  3. public TestString(); 
  4.   Code: 
  5.    0:      aload_0 
  6.    1:      invokespecial  #8; //Method java/lang/Object."":()V 
  7.    4:      return 
  8.   
  9. public java.lang.String testString(java.lang.String, java.lang.String); 
  10.   Code: 
  11.    0:      new #16; //class java/lang/StringBuilder 
  12.    3:      dup 
  13.    4:      aload_1 
  14.    5:      invokestatic    #18; //Method java/lang/String.valueOf:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; 
  15.    8:      invokespecial  #24; //Method java/lang/StringBuilder."":(Ljava/lang/String;)V 
  16.    11:     aload_2 
  17.    12:    invokevirtual  #27; //Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
  18.    15:    invokevirtual  #31; //Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 
  19.    18:    areturn 
  20.   
  21. public java.lang.String testStringBuffer(java.lang.StringBuffer, java.lang.String); 
  22.   Code: 
  23.    0:      aload_1 
  24.    1:      aload_2 
  25.    2:      invokevirtual  #40; //Method java/lang/StringBuffer.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuffer; 
  26.    5:      invokevirtual  #45; //Method java/lang/StringBuffer.toString:()Ljava/lang/String; 
  27.    8:      areturn 
  28. } 

　　从上面编译后的字节码信息可以看出来，方法testString 调用了五个方法：new 、invokestatic 、invokespecial 和两个invokevirtual ; 而testStringBuffer 方法只调用了两个invokevirtual 方法  。第一个方法比第二个方法多做了好多工作，其效率当然是要低的  。而且我们从java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

　　可以看出来其实对于String字符串合并，内部还是转化为StringBuilder的方法调用，这是因为String是长度不可变的，所以不如直接采用StringBuilder（与StringBuffer 长度都是可变的，只不过前者是非线程安全，后者是线程安全）进行字符串合并  。

　　原文链接：http://15838341661-139-com.iteye.com/blog/1287866