Java編譯和反編譯那些事

作者：日常加油站 2021-03-07 16:31:35

我們可以通過javac命令將Java程序的源代碼編譯成Java字節(jié)碼，即我們常說的class文件，這是我們通常意義上理解的編譯。

前言

挺久沒更文章了，之前有一個(gè)月在面試，后來寫了篇面經(jīng)，有一些朋友找我交流問題，所以一直沒時(shí)間寫技術(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javac命令將Java程序的源代碼編譯成Java字節(jié)碼，即我們常說的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)過程是通過解釋器實(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，而后面所說的后端編譯過程是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(通過解釋器執(zhí)行)和編譯執(zhí)行(通過即時(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言還是解釋器語言呢

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源碼通過編譯成字節(jié)碼，然后通過不同平臺(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文件的過程

包括詞法分析、語法分析、語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)碼的過程

那么Java 反編譯簡單說就是指根據(jù) Java 字節(jié)碼翻譯成源碼的過程

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)行過程

推薦兩本非常經(jīng)典的圖書：《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)簡單和常見的案例：

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 對該類文件進(jìn)行編譯，然后再 target 目錄中尋找該類，雙擊打開，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); 
        } 
 
    } 
}