Bytecode
Download as PPTX, PDF2 likes1,161 views
Документ обсуждает байт-код Java как промежуточное представление между исходным кодом и машинным кодом, описывая его структуру, соответствие с Java и возможности работы с ним, включая чтение, создание и модификацию. В рамках документа представлены различные операции с байт-кодом, такие как арифметические и логические операции, управление стеком и использование библиотек, например ASM. Также рассматриваются особенности байт-кода в контексте новых возможностей JDK 5-7, таких как аннотации, обобщения и varargs.
![Сигнатуры
Z = boolean, C, B, S, I, J = long, F, D
Массив: [[Z = boolean[][]
Объект: Ljava/lang/Integer; = java.lang.Integer
Метод: (II)V = void(int, int)
Пример использования:
– private Object x = new StringBuffer(); становится
• aload_0
• invokespecial java/lang/Object."<init>":()V
• aload_0
• new java/lang/StringBuffer
• dup
• invokespecial java/lang/StringBuffer."<init>":()V
• putfield x:Ljava/lang/Object;
• return](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-10-320.jpg)
![Инициализация
Инициализация полей переносится в конструктор /
статические конструктор, кроме примитивных и строковых
констант
private byte[] myArray = {1,2,3,4,5}
– byte[] x = new byte[5];
– x[0] = 1
– … x[4] = 5
– this.myArray = x;
У интерфейса может быть метод <clinit>, содержащий код](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-21-320.jpg)
![ASM visitors
ClassWriter cw = new ClassWriter(false);
cw.visit( ACC_PUBLIC+ACC_ABSTRACT+ACC_INTERFACE,
"asm1/Notifier", // class name
"java/lang/Object", // super class
null, // interfaces
"Notifier.java"); // source file
cv = cw.visitMethod( ACC_PUBLIC+ACC_ABSTRACT,
"addListener", // method name
"(Lasm1/Listener;)V", // method descriptor
null, // exceptions
null); // method attributes
cw.visitEnd();
byte[] bytecode = cw.toByteArray();
Source: http://onjava.com/pub/a/onjava/2004/10/06/asm1.html](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-25-320.jpg)
![ASM tree
ClassNode classNode=new ClassNode(4);//4 is just the API version number
classNode.version=Opcodes.V1_6;
classNode.access=Opcodes.ACC_PUBLIC;
classNode.signature="Lcom/geekyarticles/asm/Generated;";
classNode.name="com/geekyarticles/asm/Generated";
classNode.superName="java/lang/Object";
MethodNode mainMethod=new
MethodNode(4,Opcodes.ACC_PUBLIC|Opcodes.ACC_STATIC,"main",
"([Ljava/lang/String;)V",null, null);
mainMethod.instructions.add(new FieldInsnNode(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System",
"out", "Ljava/io/PrintStream;"));
mainMethod.instructions.add(new LdcInsnNode("Hello World!"));
mainMethod.instructions.add(new MethodInsnNode(Opcodes.INVOKEVIRTUAL,
"java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V"));
mainMethod.instructions.add(new InsnNode(Opcodes.RETURN));
classNode.methods.add(mainMethod); public class com.geekyarticles.asm.Generated {
public static void main(String args[]) {
ClassWriter cw=new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS| System.out.println(“Hello World!”);
ClassWriter.COMPUTE_FRAMES); }
}
classNode.accept(cw);
Source: http://www.javacodegeeks.com/2012/02/manipulating-java-class-files-with-asm_22.html](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-27-320.jpg)
![Enum
Enums
– создается потомок java.lang.Enum
Compiled from "MyEnum.java"
public final class MyEnum extends java.lang.Enum{
public static final MyEnum A;
public static final MyEnum B;
public static final MyEnum C;
public static final MyEnum D;
private static final MyEnum[] ENUM$VALUES;
static {};
private MyEnum(java.lang.String, int);
public static MyEnum[] values();
public static MyEnum valueOf(java.lang.String);
}](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-30-320.jpg)
![Изменения в JDK 5
Varargs
– void myMethod(long a, int… b) -> void myMethod(long a, int[] b)
Autoboxing
– Добавляются вызовы методов
Annotations
– создается потомок java.lang.annotation.Annotation
– Аннотации добавлены в формат .class
– LOCAL_VARIABLE target
Compiled from "MyAnnotation.java"
public interface MyAnnotation extends java.lang.annotation.Annotation{
public abstract java.lang.String name();
public abstract int count();
}](https://image.slidesharecdn.com/bytecode-120905034851-phpapp01/85/Bytecode-31-320.jpg)
Bytecode
- 2. План Что такое байт-код? Основные понятия Соответствие между Java и байт-кодом Библиотека ASM JDK 5-7
- 3. Байт-код Промежуточное представление между Java и машинным кодом Исходный код переводится в байт-код максимально близко либо выражается его средствами Большинство ограничений Java распространяются на байт-код. Source: http://viralpatel.net/blogs/java-virtual-machine-an-inside-story/
- 4. Что можно делать с байт-кодом? Читать – javap – Анализ классов – Анализ и модификация стороннего кода Создавать – Генерация классов на лету – Компиляция Изменять – AOP – Инструментация – Профилирование Понимать – Франкенбилды
- 5. Почему он нужен редко? Декомпиляторы – Jad Существующие средства AOP – AspectJ java.lang.reflect.Proxy
- 6. Средства для работы с байт-кодом ASM CGLIB BCEL SERP Javassist Jasmin Jamaica
- 7. План Что такое байт-код? Основные понятия Соответствие между Java и байт-кодом Библиотека ASM JDK 5-7
- 8. Структура класса Все компилируется в .class – Классы – Интерфейсы • <clinit> – Аннотации • java.lang.annotation.Annotation – Перечисления • java.lang.Enum Source: http://viralpatel.net/blogs/tutorial-java-class-file-format-revealed/
- 9. Стек и регистры Регистры используются для локальных переменных Операции производятся со стеком, например: – public float sum(int a, int b) { return a + b; } становится • iload_1 // положить в стек значение параметра a • iload_2 // положить в стек значение параметра b • Iadd // сложить два верхних элемента стека, результат в стек • I2f // сконвертировать верхний элемент стека из int в float • freturn // вернуть верхний элемент стека В стеке и регистрах хранятся 32-битные значения long и double занимают две ячейки
- 10. Сигнатуры Z = boolean, C, B, S, I, J = long, F, D Массив: [[Z = boolean[][] Объект: Ljava/lang/Integer; = java.lang.Integer Метод: (II)V = void(int, int) Пример использования: – private Object x = new StringBuffer(); становится • aload_0 • invokespecial java/lang/Object."<init>":()V • aload_0 • new java/lang/StringBuffer • dup • invokespecial java/lang/StringBuffer."<init>":()V • putfield x:Ljava/lang/Object; • return
- 11. Опкоды Соглашения – Приставки • b, c, s, i, l, f, d • a = reference – iload_0 = iload 0 Работа со стеком – Занесение значения регистра в стек • aload, dload, fload, iload, lload – Перенос верхнего значения из стека в регистр • astore, dstore, fstore, istore, lstore – Запись константы в стек • aconst_null, dconst_{0,1}, fconst_{0,1,2}, iconst_{m1,0,1,2,3,4,5}, lco nst_{0,1}, ldc, ldc2, bipush, sipush – Изменение вершины стека • pop, pop2, dup, dup2, dup2_x1, dup2_x2, dup_x1, dup_x2, swap
- 12. Опкоды Арифметические операции – dadd, ddiv, dmul, dneg, drem, dsub, fadd, fdiv, fmul, fneg, frem, fs ub, iadd, idiv, iinc, imul, ineg, irem, isub, ladd, ldiv, lmul, lneg, lre m, lsub Логические операции и операции сдвига – iand, ior, ishl, ishr, iushr, ixor, land, lor, lshl, lshr, lushr, lxor Приведение типа – d2f, d2i, d2l, f2d, f2i, f2l, i2b, i2c, i2d, i2f, i2l, i2s, l2d, l2f, l2i Безусловный переход – goto, jsr, ret Условный переход – if_acmpeq, if_acmpne, if_icmpeq, if_icmpge, if_icmpgt, if_icmple, if_icmplt, if_icmpne, ifeq, ifge, ifgt, ifle, iflt, ifne, ifnonnull, ifnull
- 13. Опкоды Проверка условий – dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp, instanceof Работа с массивами – Создание и получение размера • anewarray, arraylength, multianewarray, newarray – Установка значения элемента • aastore, bastore, castore, dastore, fastore, iastore, lastore, sastore – Получение значения элемента • aaload, baload, caload, daload, faload, iaload, laload, saload Возврат значения и выбрасывание исключений – areturn, dreturn, freturn, ireturn, lreturn, return, athrow
- 14. Опкоды Синхронизация – monitorenter, monitorexit Создание объекта – new Многовариантный выбор – lookupswitch, tableswitch Проверка типа – checkcast Пустой оператор – nop Префикс 16-битных аргументов – wide
- 15. Методы и поля Опкоды для вызова методов: – invokedynamic – invokeinterface – invokespecial – invokestatic – Invokevirtual Чтение и запись значений полей – getfield, getstatic, putfield, putstatic
- 16. Сигнатуры Всякое обращение к методу или полю содержит сигнатуру Никакого встраивания – Кроме static final полей с инициализатором • public static int SIZE = 5; • public static Object x = new Object(); • public static String NAME = “name”; • public static String NAME; static {NAME = “name”;} • interface IA { public String x = new Object().toString(); } Метод или поле выбирается по имени и сигнатуре Специальные методы <init> и <clinit>
- 17. Отладочная информация и исключения Code: public void myMethod() { 0: iconst_0 1: istore_1 try { 2: goto 10 int x = 0; 5: astore_1 } catch (ArithmeticException e) { 6: aload_1 e.printStackTrace(); 7: invokevirtual #23; //Method java/lang/ArithmeticException.printStackTrace:()V } 10: return } Exception table: from to target type 0 2 5 Class java/lang/ArithmeticException LineNumberTable: line 32: 0 line 33: 5 line 34: 6 line 36: 10 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 11 0 this LMySample; 2 3 1 x I 6 4 1 e Ljava/lang/ArithmeticException;
- 18. Верификация Проверка типов Нет переполнения или опустошения стека Нельзя перейти по неправильному адресу Значение записывается в регистр перед чтением из него Объект инициализируется перед его использованием Вызовы методов и доступ к полям допустимы
- 19. План Что такое байт-код? Основные понятия Соответствие между Java и байт-кодом Библиотека ASM JDK 5-7
- 20. Классы Все становится классом Внутренние классы, анонимные классы: class MyOuterClass$MyInnerClass { private class MyInnerClass { private int y; private int y; private MyOuterClass this$0; public MyInnerClass(int y) { public MyInnerClass(int y, MyOuterClass $parent) this.y = y; { } this.y = y; } this.this$0 = $parent; } return new static /*synthetic*/ int MyInnerClass(5).y; access$0(MyOuterClass$MyInnerClass c) } return c.y; } } return MyOuterClass$MyInnerClass.access$0(new MyOuterClass$MyInnerClass(5, this));
- 21. Инициализация Инициализация полей переносится в конструктор / статические конструктор, кроме примитивных и строковых констант private byte[] myArray = {1,2,3,4,5} – byte[] x = new byte[5]; – x[0] = 1 – … x[4] = 5 – this.myArray = x; У интерфейса может быть метод <clinit>, содержащий код
- 22. Средства Java в байт-коде String s = x + “ “ + y; – String s = new StringBuilder().append(x).append(“ “).append(y).toString(); Циклы можно записать при помощи условного перехода Тернарый оператор записывается через if-else synchronized(x) {…} – Object $lock = x; – monitorenter($lock); – try { – …; monitorexit($lock); – } catch (Throwable t) { – monitorexit($lock); – throw t; – }
- 23. План Что такое байт-код? Основные понятия Соответствие между Java и байт-кодом Библиотека ASM JDK 5-7
- 24. ASM Чтение и создание классов Visitors Tree Analysis XML
- 25. ASM visitors ClassWriter cw = new ClassWriter(false); cw.visit( ACC_PUBLIC+ACC_ABSTRACT+ACC_INTERFACE, "asm1/Notifier", // class name "java/lang/Object", // super class null, // interfaces "Notifier.java"); // source file cv = cw.visitMethod( ACC_PUBLIC+ACC_ABSTRACT, "addListener", // method name "(Lasm1/Listener;)V", // method descriptor null, // exceptions null); // method attributes cw.visitEnd(); byte[] bytecode = cw.toByteArray(); Source: http://onjava.com/pub/a/onjava/2004/10/06/asm1.html
- 26. ASM visitors mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null); mv.visitCode(); mv.visitVarInsn(ALOAD, 0); mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>", "()V"); mv.visitInsn(RETURN); mv.visitMaxs(1, 1); mv.visitEnd(); Source: http://www.ibm.com/developerworks/java/library/j-cwt05125/index.html
- 27. ASM tree ClassNode classNode=new ClassNode(4);//4 is just the API version number classNode.version=Opcodes.V1_6; classNode.access=Opcodes.ACC_PUBLIC; classNode.signature="Lcom/geekyarticles/asm/Generated;"; classNode.name="com/geekyarticles/asm/Generated"; classNode.superName="java/lang/Object"; MethodNode mainMethod=new MethodNode(4,Opcodes.ACC_PUBLIC|Opcodes.ACC_STATIC,"main", "([Ljava/lang/String;)V",null, null); mainMethod.instructions.add(new FieldInsnNode(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;")); mainMethod.instructions.add(new LdcInsnNode("Hello World!")); mainMethod.instructions.add(new MethodInsnNode(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V")); mainMethod.instructions.add(new InsnNode(Opcodes.RETURN)); classNode.methods.add(mainMethod); public class com.geekyarticles.asm.Generated { public static void main(String args[]) { ClassWriter cw=new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS| System.out.println(“Hello World!”); ClassWriter.COMPUTE_FRAMES); } } classNode.accept(cw); Source: http://www.javacodegeeks.com/2012/02/manipulating-java-class-files-with-asm_22.html
- 28. План Что такое байт-код? Основные понятия Соответствие между Java и байт-кодом Библиотека ASM JDK 5-7
- 29. foreach loop for (Type t : i) aload_1 aload_1 dup invokeinterface java/util/Collection.iterator:()Ljava/util/Iterator; astore 5 astore_3 arraylength goto 27 istore 4 aload_3 iconst_0 invokeinterface java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object; istore_3 checkcast class java/lang/String goto 27 astore_2 aload5 getstatic java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; iload_3 aload_2 iaload invokevirtual java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V istore_2 aload_3 getstatic java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; invokeinterface java/util/Iterator.hasNext:()Z iload_2 ifne 10 invokevirtual java/io/PrintStream.println:(I)V return iinc 3, 1 iload_3 iload4 if_icmplt 12 return
- 30. Enum Enums – создается потомок java.lang.Enum Compiled from "MyEnum.java" public final class MyEnum extends java.lang.Enum{ public static final MyEnum A; public static final MyEnum B; public static final MyEnum C; public static final MyEnum D; private static final MyEnum[] ENUM$VALUES; static {}; private MyEnum(java.lang.String, int); public static MyEnum[] values(); public static MyEnum valueOf(java.lang.String); }
- 31. Изменения в JDK 5 Varargs – void myMethod(long a, int… b) -> void myMethod(long a, int[] b) Autoboxing – Добавляются вызовы методов Annotations – создается потомок java.lang.annotation.Annotation – Аннотации добавлены в формат .class – LOCAL_VARIABLE target Compiled from "MyAnnotation.java" public interface MyAnnotation extends java.lang.annotation.Annotation{ public abstract java.lang.String name(); public abstract int count(); }
- 32. Generics public class GenericsTest<T, Z extends List<T>> { public int myTest(Z z) { return z.size(); } } public int myTest(java.util.List); Code: 0: aload_1 1: invokeinterface #20, 1; //InterfaceMethod java/util/List.size:()I 6: ireturn }
- 33. Generics public final class GenericsTest2<T, Z extends ArrayList<T>> extends GenericsTest<T, Z> { public int myTest(Z z) { return z.size() + 1; } } public int myTest(java.util.ArrayList); Code: 0: aload_1 1: invokevirtual #20; //Method java/util/ArrayList.size:()I 4: iconst_1 5: iadd 6: ireturn public int myTest(java.util.List); Code: 0: aload_0 1: aload_1 2: checkcast #21; //class java/util/ArrayList 5: invokevirtual #30; //Method myTest:(Ljava/util/ArrayList;)I 8: ireturn }
- 34. JDK 7 invokedynamic – Аналог invokestatic, но сигнатура не содежит имени класса / интерфейса
- 35. Thank you for your attention!
Editor's Notes
- #2: Hello and welcome to Sigma Ukraine!