作为入了门的 Java 程序员，相信在脑海中都能够秒写出 HelloWorld.java，都知道编译成 HelloWorld.class，然后就可以跨平台执行了。
常言道：知人知面不知心。
敢问，你真的懂 HelloWorld.class 吗？
你真的懂她的内心吗？
先让慌乱的内心平静下来，跟随小猿的脚步，一起从字节码层面看看 HelloWorld。希望通过此篇分享对字节码文件有个全局的认识，并对 HelloWorld 执行原理有个大致的了解。
首先具备 Java 环境（能打开此文章，说明你肯定具备此环境）。
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能开发代码的工具（不强求IntelliJ IDEA），然后写出如下图 HelloWorld.java 就可以。
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编译 HelloWorld.java 源文件，生成对应的字节码文件。
然后需要一个能查看 class 文件的工具（不强求UltraEdit，只要能查看 16 进制的文件就行，俗称：Hex Viewer），如果按照默认记事本，打开 class 文件的效果是这样子的。
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这打开的方式肯定不对，换种开启的方式，用 UltraEdit（本文统称 UE） 进行打开。
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虽然不是乱码，但是还是看不懂啊，不过仔细瞧。引入眼帘的便是开头的 CA FE BA BE（咖啡宝贝） ，这个东西叫做魔数。
每个 class 文件的头 4 个字节被称为魔数（Magic Number），它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的 class 文件。
如若要是这么说下去，估计都会彻底疯掉，换种方式进行分解。
接下来对 HelloWorld.class 文件进行反编译，当然推荐可以使用工具 ClassPy、JavaClassViewer、jclasslib 查看 class 文件结构，本次就用 jdk 自带的命令 javap 来查看 class 文件的结构，并把反编译的内容重定向输出到文件 hello_javap.txt 中。
javap -v HelloWorld.class >> hello_javap.txt
javap 是 Java class 文件分解器，可以反编译，也可以查看 java 编译器生成的字节码，用于分解 class 文件，可以解析出当前类对应的 code 区（汇编指令）、本地变量表、异常表和代码行偏移量映射表、常量池等等信息。
上面的所有的准备工作，皆是为了得到 hello_javap.txt 文件。
Classfile /D:/workspace/codeonce/out/production/codeonce/think/twice/code/once/HelloWorld.class Last modified 2020-8-23; size 578 bytes MD5 checksum 20602b9ebb70bbd1247c77f3729ec8d5 Compiled from "HelloWorld.java"public class think.twice.code.once.HelloWorld SourceFile: "HelloWorld.java" minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPERConstant pool: #1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = String #23 // Hello World! #4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Class #26 // think/twice/code/once/HelloWorld #6 = Class #27 // java/lang/Object #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lthink/twice/code/once/HelloWorld; #14 = Utf8 main #15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #16 = Utf8 args #17 = Utf8 [Ljava/lang/String; #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 HelloWorld.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = Class #28 // java/lang/System #22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream; #23 = Utf8 Hello World! #24 = Class #31 // java/io/PrintStream #25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V #26 = Utf8 think/twice/code/once/HelloWorld #27 = Utf8 java/lang/Object #28 = Utf8 java/lang/System #29 = Utf8 out #30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #31 = Utf8 java/io/PrintStream #32 = Utf8 println #33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V{ public think.twice.code.once.HelloWorld(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 3: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lthink/twice/code/once/HelloWorld;
public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #3 // String Hello World! 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return LineNumberTable: line 5: 0 line 6: 8 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 args [Ljava/lang/String;}
如此这般，天书一样，着实让人头大... ...心莫慌，再次让慌乱的内心平静下来，跟随小猿的脚步，一起去分析字节码文件，尝试彻底搞懂它。
一：Classfile 文件信息
Classfile /D:/workspace/codeonce/out/production/codeonce/think/twice/code/once/HelloWorld.class //class文件的路径 Last modified 2020-8-23; size 578 bytes //最后一次修改时间以及该class文件的大小 MD5 checksum 20602b9ebb70bbd1247c77f3729ec8d5 //该类的MD5值 Compiled from "HelloWorld.java" //编译自源文件名
这块感觉不用详细解释，仔细去看，应该都能懂。
第 1 行：class 文件的路径第 2 行：最后一次修改时间；该 class 文件的大小。第 3 行：MD5 checksum 值，例如下载文件的场景下会用于检查文件完整性，检测文件是否被恶意篡改。第 4 行：编译自 HelloWorld.java 源文件。
二：类主体部分定义信息
public class think.twice.code.once.HelloWorld //包名及类名 SourceFile: "HelloWorld.java" //源文件名 minor version: 0 //次版本号 major version: 52 //主版本号，52 对应 JDK 1.8 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //该类的权限修饰符（访问标志）
重点关注第 3、4 两行，为什么要重点关注呢？业务开发中估计多数都遇到过 Unsupported major.minor version 的错误。其实就是通过高版本的 JDK 进行编译（例如 JDK 1.8），然后跑在低版本的 JDK 上（JDK 1.5），就会报版本不支持。
为了使用方便，特意整理一 JDK 各版本图，请拿走不谢。
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三：常量池信息
Constant pool: // 常量池，#数字相当于是常量池里的一个索引 #1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V //方法引用 #2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; //字段引用 #3 = String #23 // Hello World! #4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Class #26 // think/twice/code/once/HelloWorld //类引用 #6 = Class #27 // java/lang/Object //类引用 #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lthink/twice/code/once/HelloWorld; #14 = Utf8 main #15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #16 = Utf8 args #17 = Utf8 [Ljava/lang/String; #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 HelloWorld.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V //返回值 #21 = Class #28 // java/lang/System #22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream; #23 = Utf8 Hello World! #24 = Class #31 // java/io/PrintStream #25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V #26 = Utf8 think/twice/code/once/HelloWorld #27 = Utf8 java/lang/Object #28 = Utf8 java/lang/System #29 = Utf8 out #30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #31 = Utf8 java/io/PrintStream #32 = Utf8 println #33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#数字相当于是常量池里的一个索引，例如上面代码段里 #1 代表的是一个方法引用，并且该引用由 #6.#20 构成。
#1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V //方法引用
#6 = Class #27 // java/lang/Object //类引用#27 = Utf8 java/lang/Object
#20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V //返回值#7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V
在 JVM 规范中常量类型定义了很多，本次只汇总遇到的几个。
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四：构造方法信息
public think.twice.code.once.HelloWorld(); descriptor: ()V //方法描述符，这里的V表示void flags: ACC_PUBLIC //权限修饰符 Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 // aload_0 把this装载到了操作数栈中 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: //行号表 line 3: 0 //源代码的第 3 行，0 代表字节码里的 0 LocalVariableTable: // 本地变量表 Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lthink/twice/code/once/HelloWorld; // 索引为0，变量名称为 this
descriptor：方法入参和返回描述；
flags：访问权限控制符为 public；
stack：方法对应栈帧中的操作数栈的深度为 1；
locals：本地变量数量为 1；
args_size：参数数量为 1；
aload：从局部变量表的相应位置装载一个对象引用到操作数栈的栈顶；
invokespecial：调用一个初始化方法；
LineNumberTable、LocalVariableTable：前者代表行号表，是为调试器提供源码行号与字节码的映射关系；后者代码本地变量表，存放方法的局部变量信息，属于调试信息。
思考一：通过这段字节码信息，印证了一个准则：在没有显示声明构造的情形下，Java 会默认提供无参构造方法。
思考二：虽然是无参构造器，为什么 args_size 的值是 1 呢？是因为无参构造器和非静态方法调用会默认传入 this 变量参数，其中 aload_0 即表示的 this。
五：main 方法的信息
public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #3 // String Hello World! 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return LineNumberTable: line 5: 0 line 6: 8 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 args [Ljava/lang/String;
通过 descriptor 、flags 能直观的能够读懂 main 方法的入参，返回值以及访问修饰符；通过 LocalVariableTable 运行时候的局部变量表，能够看到 main 函数的 args 参数保存在了 LocalVariableTable 中。
重点关注 main 方法中的如下指令（红色圈住部分）
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（一）指令 getstatic #2
表示从索引位置 2 获取静态变量，而 #2 又是引用 #21.#22 构成。
#2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; //字段引用
#21 = Class #28 // java/lang/System#28 = Utf8 java/lang/System
#22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream;#29 = Utf8 out#30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
兜了一大圈，其实 getstatic #2 指令就是为了拿到输出对象流。
（二）指令 ldc #3
指令 ldc #3 是把常量压入栈中，#3 对应的是字符串 Hello World。
#3 = String #23 // Hello World!#23 = Utf8 Hello World!
（三）指令 invokevirtual #4
invokevirtual #4 是方法引用，查表过去就是 #24.#25
#4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#24 = Class #31 // java/io/PrintStream#31 = Utf8 java/io/PrintStream
#25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V#32 = Utf8 println#33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#24 则是类引用 #31 java/io/PrintStream，#25 则是方法 println((Ljava/lang/String;)V) 的引用，这里其实是在执行打印操作。
最后，贴一个字节码里的指令与源代码的一个对应关系图。
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本次，主要对 Java 字节码有个简单的认识，让大家从字节码角度看看 HelloWorld，看似很容易的入门程序，背后的原理确实不简单。希望通过本次分享，大家对 Java 字节码不再陌生，也希望大家能够学以致用，能够亲自去分析 i++、++i ；字符串拼接效率等诸多场景执行原理。
另外，在 Java 的世界里，有 Java Language Specificatio、Java Virtual Machine Specification 两种规范，直译过来就是 Java 语言规范以及 JVM 规范，本次主要参考 JVM 规范。
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闲暇之余，推荐大家多读一读：
https://docs.oracle.com/javase/specs/index.htmlhttps://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/jvms8.pdf
好了，本次就谈到这里，一起聊技术、谈业务、喷架构，少走弯路，不踩大坑。会持续输出原创精彩分享，敬请期待！![]()
