程序員進階系列：你真的懂 HelloWorld 嗎？

做爲入了門的 Java 程序員，相信在腦海中都可以秒寫出 HelloWorld.java，都知道編譯成 HelloWorld.class，而後就能夠跨平臺執行了。

常言道：知人知面不知心。敢問，你真的懂 HelloWorld.class 嗎？你真的懂她的心裏嗎？

不清楚，也無所謂，只因有一顆求知的心。

先讓慌亂的心裏平靜下來，跟隨小猿的腳步，一塊兒從字節碼層面看看 HelloWorld。但願經過此篇分享對字節碼文件有個全局的認識，並對 HelloWorld 執行原理有個大體的瞭解。

1javascript

準備：工欲善其事必先利其器

首先具有 Java 環境（能打開此文章，說明你確定具有此環境）。html

能開發代碼的工具（不強求IntelliJ IDEA），而後寫出以下圖 HelloWorld.java 就能夠。java

編譯 HelloWorld.java 源文件，生成對應的字節碼文件。程序員

而後須要一個能查看 class 文件的工具（不強求UltraEdit，只要能查看 16 進制的文件就行，俗稱：Hex Viewer），若是按照默認記事本，打開 class 文件的效果是這樣子的。shell

這打開的方式確定不對，換種開啓的方式，用 UltraEdit（本文統稱 UE）進行打開。json

雖然不是亂碼，可是仍是看不懂啊，不過仔細瞧。引入眼簾的即是開頭的 CA FE BA BE（咖啡寶貝），這個東西叫作魔數。ruby

每一個 class 文件的頭 4 個字節被稱爲魔數（Magic Number），它的惟一做用是肯定這個文件是否爲一個能被虛擬機接受的 class 文件。

如若要是這麼說下去，估計都會完全瘋掉，換種方式進行分解。微信

接下來對 HelloWorld.class 文件進行反編譯，固然推薦可使用工具 ClassPy、JavaClassViewer、jclasslib 查看 class 文件結構，本次就用 jdk 自帶的命令 javap 來查看 class 文件的結構，並把反編譯的內容重定向輸出到文件 hello_javap.txt 中。架構

javap -v HelloWorld.class >> hello_javap.txt

javap 是 Java class 文件分解器，能夠反編譯，也能夠查看 java 編譯器生成的字節碼，用於分解 class 文件，能夠解析出當前類對應的 code 區（彙編指令）、本地變量表、異常表和代碼行偏移量映射表、常量池等等信息。oracle

上面的全部的準備工做，皆是爲了獲得 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;}

如此這般，天書同樣，着實讓人頭大... ...心莫慌，再次讓慌亂的心裏平靜下來，跟隨小猿的腳步，一塊兒去分析字節碼文件，嘗試完全搞懂它。

解剖：化繁爲簡，逐個拆解。

一：Classfile 文件信息

Classfile /D:/workspace/codeonce/out/production/codeonce/think/twice/code/once/HelloWorld.class //class文件的路徑 Last modified 2020-8-23; size 578 bytes //最後一次修改時間以及該class文件的大小 MD5 checksum 20602b9ebb70bbd1247c77f3729ec8d5 //該類的MD5值 Compiled from "HelloWorld.java" //編譯自源文件名

這塊感受不用詳細解釋，仔細去看，應該都能懂。

第 1 行：class 文件的路徑第 2 行：最後一次修改時間；該 class 文件的大小。第 3 行：MD5 checksum 值，例以下載文件的場景下會用於檢查文件完整性，檢測文件是否被惡意篡改。第 4 行：編譯自 HelloWorld.java 源文件。

二：類主體部分定義信息

public class think.twice.code.once.HelloWorld //包名及類名 SourceFile: "HelloWorld.java" //源文件名 minor version: 0 //次版本號 major version: 52 //主版本號，52 對應 JDK 1.8 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //該類的權限修飾符（訪問標誌）

重點關注第三、4 兩行，爲何要重點關注呢？業務開發中估計多數都遇到過 Unsupported major.minor version 的錯誤。其實就是經過高版本的 JDK 進行編譯（例如 JDK 1.8），而後跑在低版本的 JDK 上（JDK 1.5），就會報版本不支持。

爲了使用方便，特地整理一 JDK 各版本圖，請拿走不謝。

三：常量池信息

Constant pool: // 常量池，#數字至關因而常量池裏的一個索引 #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 //類引用 #6 = Class #27 // java/lang/Object //類引用 #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

#數字至關因而常量池裏的一個索引，例如上面代碼段裏 #1 表明的是一個方法引用，而且該引用由 #6.#20 構成。

#1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V //方法引用
#6 = Class #27 // java/lang/Object //類引用#27 = Utf8 java/lang/Object
#20 = NameAndType        #7:#8          //  "<init>":()V //返回值#7 = Utf8               <init>          #8 = Utf8               ()V

在 JVM 規範中常量類型定義了不少，本次只彙總遇到的幾個。

四：構造方法信息

public think.twice.code.once.HelloWorld(); descriptor: ()V //方法描述符，這裏的V表示void flags: ACC_PUBLIC //權限修飾符 Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 // aload_0 把this裝載到了操做數棧中 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return  LineNumberTable: //行號表 line 3: 0 //源代碼的第 3 行，0 表明字節碼裏的 0 LocalVariableTable: // 本地變量表 Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lthink/twice/code/once/HelloWorld; // 索引爲0，變量名稱爲 this

descriptor：方法入參和返回描述；

flags：訪問權限控制符爲 public；

stack：方法對應棧幀中的操做數棧的深度爲 1；

locals：本地變量數量爲 1；

args_size：參數數量爲 1；

aload：從局部變量表的相應位置裝載一個對象引用到操做數棧的棧頂；

invokespecial：調用一個初始化方法；

LineNumberTable、LocalVariableTable：前者表明行號表，是爲調試器提供源碼行號與字節碼的映射關係；後者代碼本地變量表，存放方法的局部變量信息，屬於調試信息。

思考一：經過這段字節碼信息，印證了一個準則：在沒有顯示聲明構造的情形下，Java 會默認提供無參構造方法。

思考二：雖然是無參構造器，爲何 args_size 的值是 1 呢？是由於無參構造器和非靜態方法調用會默認傳入 this 變量參數，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;

經過 descriptor 、flags 能直觀的可以讀懂 main 方法的入參，返回值以及訪問修飾符；經過 LocalVariableTable 運行時候的局部變量表，可以看到 main 函數的 args 參數保存在了 LocalVariableTable 中。

解剖：main 方法的運行流程。

重點關注 main 方法中的以下指令（紅色圈住部分）

（一）指令 getstatic #2

表示從索引位置 2 獲取靜態變量，而 #2 又是引用 #21.#22 構成。

#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，其實 getstatic #2 指令就是爲了拿到輸出對象流。

（二）指令 ldc #3

指令 ldc #3 是把常量壓入棧中，#3 對應的是字符串 Hello World。

#3 = String #23 // Hello World!#23 = Utf8 Hello World!

（三）指令 invokevirtual #4

invokevirtual #4 是方法引用，查表過去就是 #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 則是類引用 #31 java/io/PrintStream，#25 則是方法 println((Ljava/lang/String;)V) 的引用，這裏實際上是在執行打印操做。

最後，貼一個字節碼裏的指令與源代碼的一個對應關係圖。

寄語寫最後

本次，主要對 Java 字節碼有個簡單的認識，讓你們從字節碼角度看看 HelloWorld，看似很容易的入門程序，背後的原理確實不簡單。但願經過本次分享，你們對 Java 字節碼再也不陌生，也但願你們可以學以至用，可以親自去分析 i++、++i ；字符串拼接效率等諸多場景執行原理。

另外，在 Java 的世界裏，有 Java Language Specificatio、Java Virtual Machine Specification 兩種規範，直譯過來就是 Java 語言規範以及 JVM 規範，本次主要參考 JVM 規範。

閒暇之餘，推薦你們多讀一讀：

https://docs.oracle.com/javase/specs/index.htmlhttps://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/jvms8.pdf

好了，本次就談到這裏，一塊兒聊技術、談業務、噴架構，少走彎路，不踩大坑。會持續輸出原創精彩分享，敬請期待！

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