Java編譯和反編譯那些事
前言
挺久沒(méi)更文章了，之前有一個(gè)月在面試，后來(lái)寫(xiě)了篇面經(jīng)，有一些朋友找我交流問(wèn)題，所以一直沒(méi)時(shí)間寫(xiě)技術(shù)文章，估計(jì)以后更新文章頻率不會(huì)那么高了，不過(guò)還是會(huì)定期分享的，我的目的還是希望我的每篇文章大家都能學(xué)到點(diǎn)東西
基本概念
我們可以通過(guò)javac命令將Java程序的源代碼編譯成Java字節(jié)碼，即我們常說(shuō)的class文件，這是我們通常意義上理解的編譯
但是，字節(jié)碼并不是機(jī)器語(yǔ)言，要想讓機(jī)器能夠執(zhí)行，還需要把字節(jié)碼翻譯成機(jī)器指令，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)解釋器實(shí)現(xiàn)的，叫解釋執(zhí)行
注意：大家別把編譯和解釋執(zhí)行混淆了，而后面所說(shuō)的后端編譯過(guò)程是JVM為提高效率做的優(yōu)化
在不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)中，執(zhí)行引擎在執(zhí)行字節(jié)碼的時(shí)候，通常會(huì)有解釋執(zhí)行(通過(guò)解釋器執(zhí)行)和編譯執(zhí)行(通過(guò)即時(shí)編譯器產(chǎn)生本地代碼執(zhí)行)兩種選擇，也可能兩者兼?zhèn)?/p>
所以大家可以思考下，Java到底是屬于編譯型語(yǔ)言還是解釋器語(yǔ)言呢
那為什么java不直接編譯成可執(zhí)行文件呢
為了實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)
Java源碼通過(guò)編譯成字節(jié)碼，然后通過(guò)不同平臺(tái)的虛擬機(jī)解釋執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn) 一次編譯，到處運(yùn)行的跨平臺(tái)的效果
編譯原理
Java語(yǔ)言的編譯期分為前端編譯和后端編譯兩個(gè)階段
前端編譯
前端編譯是指把*.java文件轉(zhuǎn)變成*.class文件的過(guò)程
包括詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析與中間代碼生成
主要有下面幾個(gè)步驟：
后端編譯
在部分商用虛擬機(jī)中，Java程序最初是通過(guò)解釋器進(jìn)行解釋執(zhí)行的，當(dāng)虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法或代碼塊的運(yùn)行特別頻繁時(shí)，就會(huì)把這些代碼認(rèn)定為熱點(diǎn)代碼
為了提高熱點(diǎn)代碼的執(zhí)行效率，在運(yùn)行時(shí), 虛擬機(jī)將會(huì)把這些代碼編譯成與本地平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器碼
完成這個(gè)任務(wù)的后端編譯器稱為即時(shí)編譯器(JIT編譯器)
反編譯
什么是反編譯
既然Java 編譯是指將 Java 源碼編譯成 Java 字節(jié)碼的過(guò)程
那么Java 反編譯簡(jiǎn)單說(shuō)就是指根據(jù) Java 字節(jié)碼翻譯成源碼的過(guò)程
為什么要有反編譯
首先這個(gè)源碼是字符編碼，字節(jié)碼是二進(jìn)制字節(jié)流，并且源碼是給人看的，字節(jié)碼是給虛擬機(jī)看的
因此如果想給人看，需要將字節(jié)碼轉(zhuǎn)為源碼。如果想給虛擬機(jī)執(zhí)行，需要將源碼編譯成字節(jié)碼，當(dāng)我們有類文件想看源碼時(shí)，可以采用反編譯的方式實(shí)現(xiàn)
比如想了解某個(gè) Java 語(yǔ)法糖編譯后，再反編譯是什么樣的;別人給你發(fā)一個(gè) jar 包，你需要看其中某個(gè)類是怎么寫(xiě)的，等此類情況都可以考慮是用 Java 反編譯
反編譯工具
在線反編譯工具
1.http://www.decompiler.com/
2.http://www.javadecompilers.com/，該網(wǎng)站的主要優(yōu)勢(shì)在于有多種反編譯器可供選擇
離線反編譯工具
JD-GUI
GitHub ：https://github.com/java-decompiler/jd-gui
官網(wǎng)：http://java-decompiler.github.io/
下載后將類文件或者 jar 包直接拖動(dòng)到界面即可
- Luyten
下載地址：https://github.com/deathmarine/Luyten/releases
- Arthas
官網(wǎng)：https://arthas.aliyun.com/doc/
可以使用 jad 命令將 JVM 中運(yùn)行的 class 的 byte code 反編譯成 java 代碼
這個(gè)工具很好用，強(qiáng)烈推薦
其他工具
javap
javap是jdk自帶的一個(gè)工具，可以對(duì)代碼反編譯，也可以查看java編譯器生成的字節(jié)碼
直接通過(guò)javap -help查看其用法
- 用法: javap <options> <classes>
- 其中, 可能的選項(xiàng)包括:
- -help --help -? 輸出此用法消息
- -version 版本信息
- -v -verbose 輸出附加信息
- -l 輸出行號(hào)和本地變量表
- -public 僅顯示公共類和成員
- -protected 顯示受保護(hù)的/公共類和成員
- -package 顯示程序包/受保護(hù)的/公共類
- 和成員 (默認(rèn))
- -p -private 顯示所有類和成員
- -c 對(duì)代碼進(jìn)行反匯編
- -s 輸出內(nèi)部類型簽名
- -sysinfo 顯示正在處理的類的
- 系統(tǒng)信息 (路徑, 大小, 日期, MD5 散列)
- -constants 顯示最終常量
- -classpath <path> 指定查找用戶類文件的位置
- -cp <path> 指定查找用戶類文件的位置
- -bootclasspath <path> 覆蓋引導(dǎo)類文件的位置
基本使用：
- javac Test.java
- javap -c Test.class
jclasslib
jclasslib 是一種可視化的字節(jié)碼查看工具，可以直接在 IDEA 插件安裝
安裝以后，在 IDEA 編譯源碼后，可以選擇 View” ->“Show Bytecode With Jclasslib即可查看字節(jié)碼
可以直觀地看到 class 文件包含基本信息、常量池、接口信息、字段信息、方法信息和屬性信息
其中方法信息又包含行號(hào)表、局部變量表，異常表等
要讀懂字節(jié)碼指令涉及的知識(shí)很多，之后的文章會(huì)通過(guò)案例詳細(xì)講解class文件結(jié)構(gòu)和字節(jié)碼指令的執(zhí)行過(guò)程
推薦兩本非常經(jīng)典的圖書(shū)：《深入理解 Java 虛擬機(jī)》、《Java 虛擬機(jī)規(guī)范》
反編譯示例
下面看一個(gè)簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的案例：
- public class ForEachDemo {
- public static void main(String[] args) {
- List<String> data = new ArrayList<>();
- data.add("a");
- data.add("b");
- for (String str : data) {
- System.out.println(str);
- }
- }
- }
我們直接在 IDEA 對(duì)該類文件進(jìn)行編譯，然后再 target 目錄中尋找該類，雙擊打開(kāi)，得到下面的反編譯源碼：
- public class ForEachDemo {
- public ForEachDemo() {
- }
- public static void main(String[] args) {
- List<String> data = new ArrayList();
- data.add("a");
- data.add("b");
- Iterator var2 = data.iterator();
- while(var2.hasNext()) {
- String str = (String)var2.next();
- System.out.println(str);
- }
- }
- }
從上述反編譯代碼可以清楚地看到，原始代碼中沒(méi)有編寫(xiě)構(gòu)造方法時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造方法;foreach 循環(huán)來(lái)遍歷 list 時(shí)，底層通過(guò) iterator 來(lái)實(shí)現(xiàn)
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