JVM字节码文件浅谈

向右看齐 2024-02-19 07:53 21阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  版权声明
 *  java虚拟机的组成
 *  字节码文件
 *   *  打开字节码文件的姿势
     *  字节码文件的组成
     *   *  魔数（基本信息）
         *  主副版本号（基本信息）
         *  主版本号不兼容的错误解决方法
         *  基本信息
         *  常量池
         *  方法
     *  字节码文件的常用工具
     *   *  javap -v命令
         *  jclasslib插件
         *  阿里arthas

*  本博客的内容基于我个人学习黑马程序员课程的学习笔记整理而成。我特此声明，所有版权属于黑马程序员或相关权利人所有。本博客的目的仅为个人学习和交流之用，并非商业用途。
 *  我在整理学习笔记的过程中尽力确保准确性，但无法保证内容的完整性和时效性。本博客的内容可能会随着时间的推移而过时或需要更新。
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## java虚拟机的组成 ##

JVM包含以下组成部分：

1.  类加载器（Class Loader）：负责将Java字节码加载到JVM中，并将其转换为JVM可以理解的格式。
2.  运行时数据区（Runtime Data Area）：JVM在运行时会将内存划分为不同的数据区域，包括方法区、堆、栈、程序计数器等，用于存储程序运行时所需要的数据。
3.  执行引擎（Execution Engine）：负责执行Java字节码，将其转换为机器码并执行。
4.  本地方法接口（Native Interface）：提供了与本地代码交互的接口，可以使用C、C++等语言编写本地代码，并通过JNI（Java Native Interface）与Java程序交互。
5.  Java标准库（Java API）：提供了大量的类和接口，包括I/O、网络、集合、线程等常用功能。

![在这里插入图片描述][90a286c3137749588db8d33831817e14.png]  
![在这里插入图片描述][49019f795f8047e49465e35854c04109.png]

Java Virtual Machine

Runtime Data Area

Loads

Used by

Controls

Calls

Interacts with

Optional: JIT Compiler

Class Loader

Execution Engine

Native Interface

Java Standard Library

Method Area

Heap

Stacks

Program Counter Register

Native Method Stack

## 字节码文件 ##

### 打开字节码文件的姿势 ###

1.  使用Jclasslib工具，idea中可以直接安装jclasslib插件  
    ![在这里插入图片描述][ac82a09f729c493c80865b03d176d33c.png]
2.  然后打开字节码文件后，选择工具栏中的视图->shoe ByteCode with jclasslib，即可  
    ![在这里插入图片描述][0134448ac8114a5783f3f831242e9df8.png]

![在这里插入图片描述][31b4d1c27e7d4116b2753a898c49b1d6.png]

*  如果源码文件修改后，字节码文件为未更新，选择构建重新编译文件即可！  
    ![在这里插入图片描述][80083a8b81b04c56be186d101e86d9ad.png]

### 字节码文件的组成 ###

*  Java字节码文件是一种中间代码，它包含了Java程序的编译版本。
 *  字节码文件的组成结构主要包括以下几个部分：  
    ![在这里插入图片描述][d8f45d7f2f6c4e5c8cd82d3b8ea5e7a4.png]

Magic Number

Version

Constant Pool

Access Flags

Class Index

Parent Class Index

Interface Indexes

类

接口

Field Table

Method Table

字段信息

方法信息

Attribute Table

#### 魔数（基本信息） ####

1.  魔数（Magic Number）：Java字节码文件的开头四个字节是一个**魔数**，它是一个**特殊的标识**，用于表明这是一个有效的字节码文件。  
    ![在这里插入图片描述][63e10103dc1f4157a7605c109eb6220f.png]
    
     *  文件是无法通过文件扩展名来确定文件类型的，文件扩展名可以随意修改，不影响文件的内容。
     *  软件使用文件的头几个字节（文件头）去校验文件的类型，如果软件不支持该种类型就会出错
     *  魔数的数值为`0xCAFEBABE`。  
        ![在这里插入图片描述][1139fcbe1ae041f8a2fc06553b1565b9.png]

#### 主副版本号（基本信息） ####

1.  版本信息：**紧随魔数后的两个字节表示Java字节码文件的主版本号和次版本号**。
    
     *  主副版本号指的是编译字节码文件的JDK版本号，主版本号用来标识大版本号，JDK1.0-1.1使用了45.0-45.3，JDK1.2是46之后每升级一个大版本就加1
     *  副版本号是当主版本号相同时作为区分不同版本的标识，一般只需要关心主版本号。
     *  版本号的作用主要是判断当前字节码的版本和运行时的JDK是否兼容

![在这里插入图片描述][31b4d1c27e7d4116b2753a898c49b1d6.png]

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#### 主版本号不兼容的错误解决方法 ####

*  解决以下由于主版本号不兼容导致的错误  
    ![在这里插入图片描述][7b4cca26947348df99ebbeb5fe490b07.png]  
    两种方案：

1.  升级JDK版本（容易引发其他的兼容性问题，并且需要大量的测试）
2.  **建议采用**：将第三方依赖的版本号降低或者更换依赖，以满足JDK版本的要求

#### 基本信息 ####

*  上面的魔数和主副版本号都属于基本信息部分，基本信息还包含
    
     *  访问标志（Access Flags）：这个字段定义了类或接口的访问权限，例如public、final、abstract等。
     *  类和父类信息：字节码文件包括了对当前类的名称和父类的名称的引用。这些引用通常以全限定名的形式出现，例如java/lang/Object。
     *  接口表（Interfaces）：这个表格包含了类实现的接口的索引，用于描述类的继承关系。  
        ![在这里插入图片描述][151595f591294db6853803f522d7807d.png]

#### 常量池 ####

*  常量池（Constant Pool）：它是一个表格结构，用于存储字面值、符号引用、字段和方法的描述等各种常量。
    
     *  **字节码文件中常量池的作用：避免相同的内容重复定义，节省空间**
     *  常量池在字节码文件中起到类似符号表的作用，它包含了类文件中用到的各种符号和字面值。
     *  常量池中的常量索引从1开始，0被用于表示不引用任何常量。
     *  字节码指令中通过编号引用到常量池的过程称之为符号引用  
        ![在这里插入图片描述][d165237d2c95459ea288eb9d9fdc7b2f.png]

1.  字段表（Fields）：这个表格包含了类的字段的描述，包括字段名、字段类型以及访问标志。
2.  属性表（Attributes）：每个类、字段和方法可以包含属性表，用于存储额外的信息。属性表通常包括源代码行号、局部变量表信息、异常处理信息等。
3.  字节码指令集：字节码文件包含了实际的字节码指令，这些指令定义方法的具体操作和行为。字节码指令集是由一系列操作码（opcode）和操作数组成，用于执行方法中的逻辑。

#### 方法 ####

*  字节码中的方法区域是存放字节码指令的核心位置，字节码指令的内容存放在方法的Code属性中  
    ![在这里插入图片描述][af81c1c6b4c6434c8a48501af6d48413.png]
 *  操作数栈是临时存放数据的地方，局部变量表是存放方法中的局部变量的位置  
    ![在这里插入图片描述][edbdcf39d24d43eabbf5d47024502117.png]
 *  **i=i++的执行流程**  
    ![在这里插入图片描述][38da2cd3984349979db0fabd0c0663a2.png]
 *  **i=++i的执行流程**  
    ![在这里插入图片描述][ce82d84f1a054779b8cfa27e6845abcc.png]
 *  int i = 0; i = i++; 最终i的值是多少？
 *  **答案是0，通过分析字节码指令发现，i++先把0取出来放入临时的操作数栈中，接下来对i进行加1，i变成了1，最后再将之前保存的临时值0放入i，最后i就变成了0。**

### 字节码文件的常用工具 ###

#### javap -v命令 ####

*  javap是JDK自带的反编译工具，可以通过控制台查看字节码文件的内容。适合在服务器上查看字节码文件内容。
 *  直接输入javap查看所有参数
 *  输入javap -v 字节码文件名称 查看具体的字节码信息。（如果jar包需要先使用 jar –xvf 命令解压)

#### jclasslib插件 ####

![在这里插入图片描述][31b4d1c27e7d4116b2753a898c49b1d6.png]

*  如果源码文件修改后，字节码文件为未更新，选择构建重新编译文件即可！  
    ![在这里插入图片描述][80083a8b81b04c56be186d101e86d9ad.png]

#### 阿里arthas ####

![在这里插入图片描述][3ed51a1e20f149b09a7d3c49c2110e1a.png]

*  Arthas 是一款线上监控诊断产品，通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息，并能在不修改应用代码的情况下，对业务问题进行诊断，大大提升线上问题排查效率。
 *  [官网][Link 1]  
    ![在这里插入图片描述][e8431ed81a274a7d97f5631afee088b2.png]
 *  具体使用，可以去B站或官网学习使用！

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