Java编译和反编译那些事

前言

挺久没更文章了，之前有一个月在面试，后来写了篇面经，有一些朋友找我交流问题，所以一直没时间写技术文章，估计以后更新文章频率不会那么高了，不过还是会定期分享的，我的目的还是希望我的每篇文章大家都能学到点东西

基本概念

我们可以通过javac命令将Java程序的源代码编译成Java字节码，即我们常说的class文件，这是我们通常意义上理解的编译

但是，字节码并不是机器语言，要想让机器能够执行，还需要把字节码翻译成机器指令，这个过程是通过解释器实现的，叫解释执行

注意：大家别把编译和解释执行混淆了，而后面所说的后端编译过程是JVM为提高效率做的优化

在不同的虚拟机实现中，执行引擎在执行字节码的时候，通常会有解释执行(通过解释器执行)和编译执行(通过即时编译器产生本地代码执行)两种选择，也可能两者兼备

所以大家可以思考下，Java到底是属于编译型语言还是解释器语言呢

那为什么java不直接编译成可执行文件呢

为了实现跨平台

Java源码通过编译成字节码，然后通过不同平台的虚拟机解释执行，从而实现 一次编译，到处运行的跨平台的效果

编译原理

Java语言的编译期分为前端编译和后端编译两个阶段

前端编译

前端编译是指把*.java文件转变成*.class文件的过程

包括词法分析、语法分析、语义分析与中间代码生成

主要有下面几个步骤：

后端编译

在部分商用虚拟机中，Java程序最初是通过解释器进行解释执行的，当虚拟机发现某个方法或代码块的运行特别频繁时，就会把这些代码认定为热点代码

为了提高热点代码的执行效率，在运行时, 虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码

完成这个任务的后端编译器称为即时编译器(JIT编译器)

反编译

什么是反编译

既然Java 编译是指将 Java 源码编译成 Java 字节码的过程

那么Java 反编译简单说就是指根据 Java 字节码翻译成源码的过程

为什么要有反编译

首先这个源码是字符编码，字节码是二进制字节流，并且源码是给人看的，字节码是给虚拟机看的

因此如果想给人看，需要将字节码转为源码。如果想给虚拟机执行，需要将源码编译成字节码，当我们有类文件想看源码时，可以采用反编译的方式实现

比如想了解某个 Java 语法糖编译后，再反编译是什么样的;别人给你发一个 jar 包，你需要看其中某个类是怎么写的，等此类情况都可以考虑是用 Java 反编译

反编译工具

在线反编译工具

1.http://www.decompiler.com/

2.http://www.javadecompilers.com/，该网站的主要优势在于有多种反编译器可供选择

离线反编译工具

JD-GUI

GitHub ：https://github.com/java-decompiler/jd-gui

官网：http://java-decompiler.github.io/

下载后将类文件或者 jar 包直接拖动到界面即可

Luyten 

下载地址：https://github.com/deathmarine/Luyten/releases

Arthas 

官网：https://arthas.aliyun.com/doc/

可以使用 jad 命令将 JVM 中运行的 class 的 byte code 反编译成 java 代码

这个工具很好用，强烈推荐

其他工具

javap

javap是jdk自带的一个工具，可以对代码反编译，也可以查看java编译器生成的字节码

直接通过javap -help查看其用法

用法: javap <options> <classes> 
其中, 可能的选项包括: 
  -help  --help  -?        输出此用法消息 
  -version                 版本信息 
  -v  -verbose             输出附加信息 
  -l                       输出行号和本地变量表 
  -public                  仅显示公共类和成员 
  -protected               显示受保护的/公共类和成员 
  -package                 显示程序包/受保护的/公共类 
                           和成员 (默认) 
  -p  -private             显示所有类和成员 
  -c                       对代码进行反汇编 
  -s                       输出内部类型签名 
  -sysinfo                 显示正在处理的类的 
                           系统信息 (路径, 大小, 日期, MD5 散列) 
  -constants               显示最终常量 
  -classpath <path>        指定查找用户类文件的位置 
  -cp <path>               指定查找用户类文件的位置 
  -bootclasspath <path>    覆盖引导类文件的位置 

基本使用：

javac Test.java 
javap -c Test.class 

jclasslib

jclasslib 是一种可视化的字节码查看工具，可以直接在 IDEA 插件安装

安装以后，在 IDEA 编译源码后，可以选择 View” ->“Show Bytecode With Jclasslib即可查看字节码

可以直观地看到 class 文件包含基本信息、常量池、接口信息、字段信息、方法信息和属性信息

其中方法信息又包含行号表、局部变量表，异常表等

要读懂字节码指令涉及的知识很多，之后的文章会通过案例详细讲解class文件结构和字节码指令的执行过程

推荐两本非常经典的图书：《深入理解 Java 虚拟机》、《Java 虚拟机规范》

反编译示例

下面看一个简单和常见的案例：

public class ForEachDemo { 
    public static void main(String[] args) { 
 
        List<String> data = new ArrayList<>(); 
        data.add("a"); 
        data.add("b"); 
 
        for (String str : data) { 
            System.out.println(str); 
        } 
 
    } 
} 

我们直接在 IDEA 对该类文件进行编译，然后再 target 目录中寻找该类，双击打开，得到下面的反编译源码：

public class ForEachDemo { 
    public ForEachDemo() { 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        List<String> data = new ArrayList(); 
        data.add("a"); 
        data.add("b"); 
        Iterator var2 = data.iterator(); 
 
        while(var2.hasNext()) { 
            String str = (String)var2.next(); 
            System.out.println(str); 
        } 
 
    } 
} 

从上述反编译代码可以清楚地看到，原始代码中没有编写构造方法时，编译器会自动生成一个默认构造方法;foreach 循环来遍历 list 时，底层通过 iterator 来实现

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