Java 虚拟机原理Class 字节码二进制文件分析 七 ( 局部变量表分析 )

Posted 2021-09-21 韩曙亮

文章目录

• 前言
• 一、编译生成带局部变量表的字节码文件
• 二、局部变量表

前言

上一篇博客 【Java 虚拟机原理】Class 字节码二进制文件分析 二 ( 常量池位置 | 常量池结构 | tag | info[] | 完整分析字节码文件中的常量池二进制数据 ) ;

一、编译生成带局部变量表的字节码文件

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在 IntelliJ IDEA 中编写如下两个源码 :

Java 类源码 : 在 setName 方法下 , 声明 $3$ 个局部变量 ;

public class Student {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
        int i = 0;
        int j = 1;
        int k = 2;
    }
}

在 main 函数中 创建上述 Student 类对象 : 一定要写这个 main 函数 , 否则虚拟机编译优化时 , 发现 setName 中的局部变量没有使用 , 直接优化掉 , 不生成相关的 局部变量表 ;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
    }
}

找到上述两个类编译后的字节码文件 : 根据上一篇博客 【Java 虚拟机原理】Class 字节码二进制文件分析 二 ( 常量池位置 | 常量池结构 | tag | info[] | 完整分析字节码文件中的常量池二进制数据 ) 分析 , 常量池是如下选中的区域 ;

Student.class 字节码文件的附加信息如下 :

Y:\\002_WorkSpace\\003_IDEA\\Demo\\out\\production\\Demo>javap -v Student.class
Classfile /Y:/002_WorkSpace/003_IDEA/Demo/out/production/Demo/Student.class
  Last modified 2021-9-5; size 561 bytes
  MD5 checksum 76a00ba8cb4c4c6aadc52f90e550d7e8
  Compiled from "Student.java"
public class Student
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#24         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #3.#25         // Student.name:Ljava/lang/String;
   #3 = Class              #26            // Student
   #4 = Class              #27            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               name
   #6 = Utf8               Ljava/lang/String;
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               LStudent;
  #14 = Utf8               getName
  #15 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
  #16 = Utf8               setName
  #17 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #18 = Utf8               i
  #19 = Utf8               I
  #20 = Utf8               j
  #21 = Utf8               k
  #22 = Utf8               SourceFile
  #23 = Utf8               Student.java
  #24 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #25 = NameAndType        #5:#6          // name:Ljava/lang/String;
  #26 = Utf8               Student
  #27 = Utf8               java/lang/Object
{
  public Student();
    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 1: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LStudent;

  public java.lang.String getName();
    descriptor: ()Ljava/lang/String;
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field name:Ljava/lang/String;
         4: areturn
      LineNumberTable:
        line 5: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LStudent;

  public void setName(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=5, args_size=2
         0: aload_0
         1: aload_1
         2: putfield      #2                  // Field name:Ljava/lang/String;
         5: iconst_0
         6: istore_2
         7: iconst_1
         8: istore_3
         9: iconst_2
        10: istore        4
        12: return
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 5
        line 11: 7
        line 12: 9
        line 13: 12
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   LStudent;
            0      13     1  name   Ljava/lang/String;
            7       6     2     i   I
            9       4     3     j   I
           12       1     4     k   I
}
SourceFile: "Student.java"

二、局部变量表

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在 Student 的 setName 方法中 , 定义了 $3$ 个局部变量 , 将 setName 方法的对应字节码的附加信息提取出来单独分析 , 该方法对应的字节码数据中 , 肯定有局部变量表 ;

  public void setName(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=5, args_size=2
         0: aload_0
         1: aload_1
         2: putfield      #2                  // Field name:Ljava/lang/String;
         5: iconst_0
         6: istore_2
         7: iconst_1
         8: istore_3
         9: iconst_2
        10: istore        4
        12: return
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 5
        line 11: 7
        line 12: 9
        line 13: 12
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   LStudent;
            0      13     1  name   Ljava/lang/String;
            7       6     2     i   I
            9       4     3     j   I
           12       1     4     k   I

方法的最后有一个局部变量表 : 该局部变量表就是 " 线程栈 " 中维护的 " 栈帧 " 的 " 局部变量表 " ;

局部变量表 在 编译时 , 就已经在字节码文件中 生成好了 , 在 类加载器 将字节码文件加载到内存中时 , 直接将 字节码中的数据加载到

      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   LStudent;
            0      13     1  name   Ljava/lang/String;
            7       6     2     i   I
            9       4     3     j   I
           12       1     4     k   I

局部变量表的第一行肯定是 局部变量 所在类 ;

局部变量表从 $1$ 开始计数 , 并不是没有第 $0$ 个元素 , 第 $0$ 个元素是当前类 this , 这是所有的局部变量表固定的格式 ;

回顾 【Java 虚拟机原理】垃圾回收算法 ( Java 虚拟机内存分区 | 垃圾回收机制 | 引用计数器算法 | 引用计数循环引用弊端 ) 一、Java 虚拟机内存分区 章节内容 ;

整个 JVM 内存区域分为 方法区 , 堆区 , 线程栈 , 本地方法栈 , 程序计数器 ;

其中 线程栈 中维护 栈帧 , 每个栈帧 中维护 局部变量表 , 操作数栈 , 动态链接 , 方法出口 ; 这里的 局部变量表 就是本博客介绍的 字节码文件 的局部变量表 ;