Transform+ASM插桩系列——熟悉Java字节码

Posted 2023-01-02 许主任在上班

前言

为什么要学习Java字节码呢，因为我们学的是插桩字节码技术，这块技术的根底就是字节码，要学会字节码的阅读和字节码的编写，虽然现在很多工具可以帮我们阅读和编写，但最根本的知识还是要理解的。万层楼高从地起，打好基础是关键。

字节码和ClassFile关系

ClassFile是以.class结尾的二进制文件，而该二进制文件中存储的内容就是16进制的Java字节码，在我们学习的插桩技术中，本质就是修改Java字节码文件，也就是要修改ClassFile，读懂Java字节码的基础就是要读懂ClassFile的意思

ClassFile解读

ClassFile是字节码存储文件，规定了规范，我们只需要按照规范的内容进行解析和解读即可知道表达的意思，我们通过简单的例子来演示

1、Hello Word

简单的写一段HelloWord代码，

package hensen;

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 
        System.out.println("Hello World.");
    

通过javac生成class文件，通过Editor010读取里面的十六进制格式的内容

通过javap -v 查看class文件的结构，这个接口是java帮我们打印出来的，下面我们就看看怎么解析的

2、ClassFile结构解析

Class文件的格式，解析出来的结构如下

ClassFile 
    u4             magic;
    u2             minor_version;
    u2             major_version;
    u2             constant_pool_count;
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];
    u2             access_flags;
    u2             this_class;
    u2             super_class;
    u2             interfaces_count;
    u2             interfaces[interfaces_count];
    u2             fields_count;
    field_info     fields[fields_count];
    u2             methods_count;
    method_info    methods[methods_count];
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];

• u1: 表示占用1个字节，2个16进制字符
• u2: 表示占用2个字节，4个16进制字符
• u4: 表示占用4个字节，8个16进制字符
• u8: 表示占用8个字节，16个16进制字符

3、字节码解析案例

（一）魔数

CAFE BABE

第1 - 4个字节表示magic魔数，魔数的作用是Class文件的标识，虚拟机会判断这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件

（二）文件版本

0000 0034

• 第5 - 6个字节表示minor_versionJDK的次版本号
• 第7 - 8个字节表示major_versionJDK的主版本号

JDK版本	次版本号	主版本号	十进制
JDK1.7	0000	0033	51
JDK1.8	0000	0034	52

（三）常量池

接着是到了常量池的解析

001D

• 前2个字节表示常量池个数，其值为29，表示一共有29 - 1 = 28个常量
• 后N个字节表示常量池的具体内容

确定常量池数量后，要确定常量池内容

cp_info 
    u1 tag;
    u1 info[];

常量池的内容都会有个统一个格式，前1个字节表示类型，后面的字节表示常量池的值

0A 00 06 00 0F

字段	长度	字段值	说明
CONSTANT_Methodref_info	u1	tag(0x0A)	类中方法的符号引用
—	u2	class_index	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
—	u2	name_and_type_index	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType的索引项

通过常量池寻表，可以发现，该常量项第2-3个字节表示类信息，第4-5个字节表示名称及类描述符

• class_index：0x06（#6）
• name_and_type_index：0x0F（#15）