JPoint 2016 - Bytecode

Transcript

1. Байткод для любознательных @antonarhipov JPoint 2016
2. Антон Архипов • ZeroTurnaround • Product Manager • Таллин, Эстония • Инструменты для Java-разработчиков • Программирую на Java с 2001 года
4. Зачем? • Стоит знать свою платформу! • Может быть вы хотите написать свой компилятор? • Фреймворки (AOP, ORM) • Всевозможные инструменты, например JRebel :) • … ну или может просто скучно?
5. INTRO
6. 1 + 2
7. 1 + 2 1 2 +
8. 1 + 2 1 2 +
9. 1 + 2 1 2 + PUSH 1 1
10. 1 + 2 1 2 + PUSH 1 PUSH 2 2 1
11. 1 + 2 1 2 + PUSH 1 PUSH 2 ADD 3
12. 1 + 2 1 2 + ICONST_1 ICONST_2 IADD 3
13. ? = 1 + 2
14. ТАКСОНОМИЯ
15. Байт-код • Одно-байтные инструкции • 256 возможных вариантов • Используется 200+
16. ОПЕРАЦИЯ ТИП
17. • <тип> ::= b, s, c, i, l, f, d, a ОПЕРАЦИЯ ТИП
18. • <тип> ::= b, s, c, i, l, f, d, a • константы (ldc, iconst_1) ОПЕРАЦИЯ ТИП
19. • <тип> ::= b, s, c, i, l, f, d, a • константы (ldc, iconst_1) • локальные переменные и стек (load/store) • Операции с массивами (aload, astore) • Арифметика (add, sub, mul, div) • Булевые/битовые операции (iand, ixor) • Сравнения (cmpg, cmpl, ifne, ifeq) • Преобразования (l2d, i2l) ОПЕРАЦИЯ ТИП
20. Таксономия
21. Работа со стеком Таксономия
22. Работа со стеком Инструкции управления Таксономия
23. Работа со стеком Инструкции управления Работа с объектами Таксономия
24. Работа со стеком Инструкции управления Арифметика Работа с объектами Таксономия
25. Работа со стеком Инструкции управления Арифметика Работа с объектами monitorenter monitorexit Таксономия
26. ИНСТРУМЕНТАРИЙ
27. javap • Дизассемблер Java класс-файлов • По-умолчанию показывает только структуру класса – Методы, супер-класс, интерфейсы, итд • -c покажет байткод методов • -private покажет все приватные поля и методы • -s покажет сигнатуры • -l покажет номера строк и таблицу локальных переменных
28. Java Bytecode Editor — http://set.ee/jbe/
29. ObjectWeb ASM
30. HELLO WORLD!
32. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c
33. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return
34. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return конструктор по-умолчанию
35. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return выложить this на стек
36. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return вызвать <init> для this
37. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return
38. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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
39. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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 обратиться к статическому полю
40. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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 загрузить строковую константу в стек
41. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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 вызвать метод с параметром
42. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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
43. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c Compiled from "Hello.java" public class Hello extends java.lang.Object{ public Hello(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 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 Что такое #1,#2, итд ?
44. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose
45. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose
46. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose Compiled from "Hello.java“ public class Hello extends java.lang.Object SourceFile: "Hello.java" minor version: 0 major version: 50 Constant pool: const #1 = Method #6.#20; // java/lang/Object."<init>":()V const #2 = Field #21.#22; // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; const #3 = String #23; // Hello, World! const #4 = Method #24.#25; // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V const #5 = class #26; // Hello const #6 = class #27; // java/lang/Object const #7 = Asciz <init>; const #8 = Asciz ()V;
47. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose Compiled from "Hello.java“ public class Hello extends java.lang.Object SourceFile: "Hello.java" minor version: 0 major version: 50 Constant pool: const #1 = Method #6.#20; // java/lang/Object."<init>":()V const #2 = Field #21.#22; // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; const #3 = String #23; // Hello, World! const #4 = Method #24.#25; // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V const #5 = class #26; // Hello const #6 = class #27; // java/lang/Object const #7 = Asciz <init>; const #8 = Asciz ()V;
48. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose … public Hello(); 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 LHello;
49. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose … public Hello(); 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 LHello;
50. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose … public Hello(); 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 LHello;
51. C:\work\geecon\classes>javap Hello -c -verbose … public static void main(java.lang.String[]); 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 4: 0 line 5: 8 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 args [Ljava/lang/String;
52. МОДЕЛЬ ВЫЧИСЛЕНИЙ
53. • JVM работает со стеком • У каждого потока есть стек • Стек сохраняет “фреймы” • Новый “фрейм” создаётся при вызове метода • “Фрейм состоит из”: – Стек операций – Массив локальных переменных Стековая машина
54. Стек операций Локальные переменные 2 0 1 N … Константы #1
55. public java.lang.String getName(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2; //Field name:Ljava/lang/String; 4: areturn LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LGet;
56. public java.lang.String getName(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2; //Field name:Ljava/lang/String; 4: areturn LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LGet; aload_0 getfield 00 02 areturn 0 1 2 3 4
57. public java.lang.String getName(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2; //Field name:Ljava/lang/String; 4: areturn LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LGet; 2A B4 00 02 B0 0 1 2 3 4
58. public java.lang.String getName(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2; //Field name:Ljava/lang/String; 4: areturn LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LGet;
60. СТЕКОВЫЕ ОПЕРАЦИИ
61. A B dup pop swap dup_x1 dup2_x1
62. A B dup pop swap dup_x1 dup2_x1 A
63. dup pop swap dup_x1 dup2_x1 A B
64. dup pop swap dup_x1 dup2_x1 A B
65. dup pop swap dup_x1 dup2_x1 A B B
66. dup pop swap dup_x1 dup2_x1 A B B B A
67. dup2_x2 Как поменять местами две переменные типа double?
69. dconst_0 0.0
70. dconst_0 dconst_1 1.0 0.0
71. dconst_0 dconst_1 swap 1.0 0.0
72. dconst_0 dconst_1 swap 1.0 0.0 нельзя!
73. dconst_0 dconst_1 swap2 1.0 0.0
74. dconst_0 dconst_1 swap2 1.0 0.0 нет такой инструкции
75. dconst_0 dconst_1 dup2_x2 1.0 0.0 1.0
76. dconst_0 dconst_1 dup2_x2 pop2 0.0 1.0
77. dconst_0 dconst_1 dup2_x2 pop2 0.0 1.0 profit! ☺
78. ЛОКАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ
79. Локальные переменные
80. public int calculate(int); Code: Stack=2, Locals=2, Args_size=2 … LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LLocalVariables; 0 5 1 value I Локальные переменные
81. public int calculate(int); Code: Stack=2, Locals=2, Args_size=2 … LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LLocalVariables; 0 5 1 value I Нумеровка элементов с нуля Локальные переменные
82. у виртуальных методов this всегда на позиции 0 public int calculate(int); Code: Stack=2, Locals=2, Args_size=2 … LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LLocalVariables; 0 5 1 value I Локальные переменные
83. public int calculate(int); Code: Stack=2, Locals=2, Args_size=2 … LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LLocalVariables; 0 5 1 value I таблица сопоставления названия переменных к порядковому номеру Локальные переменные
84. public int calculate(int); Code: Stack=2, Locals=2, Args_size=2 … LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LLocalVariables; 0 5 1 value I размерность предопределена Локальные переменные
85. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
86. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 "Hello" 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные
87. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 "Hello" 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные
88. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 "Hello" 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 1 глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные
89. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 "Hello" 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 1 глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные
90. ldc "Hello" astore_0 iconst_1 astore_1 aload_0 "Hello" 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 1 "Hello" глубина значение Стек переменная значение Локальные переменные
91. Стек Таблица локальных переменных store load
92. ОБЪЕКТЫ
93. new <init> <clinit> инициализация экземпляра объекта инициализация класса Создание объектов 0xBB
94. static {} static {}; Code: 0: iconst_1 1: putstatic #2; //Field a:I 4: iconst_2 5: putstatic #3; //Field b:I 8: return
95. static {} static {}; Code: 0: iconst_1 1: putstatic #2; //Field a:I 4: iconst_2 5: putstatic #3; //Field b:I 8: return <clinit>
96. new
97. new
98. new public Initializer(); Code:
99. new public Initializer(); Code: 0: aload_0
100. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
101. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0
102. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: new #2; //class java/lang/Object 8: dup
103. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: new #2; //class java/lang/Object 8: dup 9: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 12: putfield #3; //Field o:Ljava/lang/Object;
104. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: new #2; //class java/lang/Object 8: dup 9: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 12: putfield #3; //Field o:Ljava/lang/Object; 15: return
105. new public Initializer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: new #2; //class java/lang/Object 8: dup 9: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 12: putfield #3; //Field o:Ljava/lang/Object; 15: return
106. { }
107. { } ?
108. { } public Initializer(int); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; // ..<init> 4: aload_0 5: iconst_1 6: putfield #2; //Field a:I 9: aload_0 10: iconst_2 11: putfield #3; //Field c:I 14: aload_0 15: iload_1 16: putfield #4; //Field b:I 19: return
109. ВЫЗОВЫ МЕТОДОВ
110. invokeXXX • invokestatic • invokespecial • invokevirtual • invokeinterface • invokedynamic
111. invokestatic • invokestatic • invokespecial • invokevirtual • invokeinterface • invokedynamic Integer.valueOf(“42”)
112. invokespecial • invokestatic • invokespecial • invokevirtual • invokeinterface • invokedynamic <init> private void foo(); super.method();
113. • invokestatic • invokespecial • invokevirtual • invokeinterface • invokedynamic invokevirtual class A class B A/method1 A/method2 A/method1 B/method2 B/method3
114. invokeinterface • invokestatic • invokespecial • invokevirtual • invokeinterface • invokedynamic Efficient Implementation of Java Interfaces: Invokeinterface Considered Harmless, Bowen Alpern, Anthony Cocchi, Stephen Fink, David Grove, and Derek Lieber, OOPSLA’01 class A class B impl X A/method1 A/method2 A/method1 B/method2 B/method3 X/methodX D impl X D/method1 X/methodX
115. Вызов метода
116. obj.method(param1, param2); Вызов метода
117. obj.method(param1, param2); Вызов метода
118. obj.method(param1, param2); push obj push param1 push param2 call method Вызов метода
119. obj.method(param1, param2); push obj push param1 push param2 call method obj Вызов метода
120. obj.method(param1, param2); push obj push param1 push param2 call method obj param1 Вызов метода
121. obj.method(param1, param2); push obj push param1 push param2 call method obj param1 param2 Вызов метода
122. obj.method(param1, param2); push obj push param1 push param2 call method obj? Вызов метода
123. this.add(1, 2); 0: aload_0 1: iconst_1 2: iconst_2 3: invokevirtual #2; //Method add:(II)I Вызов метода
124. ВНУТЕРННИЕ КЛАССЫ INNER CLASSES
125. Внутренние классы
126. class Car$Engine extends j.l.Object{ final Car this$0; Car$Engine(Car); public void start(); Code: 0: aload_0 1: getfield #1; //Field this$0:LCar; 4: invokestatic #3; // Car.access$000:(LCar;)V 7: return } Внутренние классы
127. public class Car extends j.l.Object{ public Car(); private void move(); static void access$000(Car); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; // move: ()V; 4: return } class Car$Engine extends j.l.Object{ final Car this$0; Car$Engine(Car); public void start(); Code: 0: aload_0 1: getfield #1; //Field this$0:LCar; 4: invokestatic #3; // Car.access$000:(LCar;)V 7: return } Внутренние классы
128. public class Car extends j.l.Object{ public Car(); private void move(); static void access$000(Car); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1; // move: ()V; 4: return } class Car$Engine extends j.l.Object{ final Car this$0; Car$Engine(Car); public void start(); Code: 0: aload_0 1: getfield #1; //Field this$0:LCar; 4: invokestatic #3; // Car.access$000:(LCar;)V 7: return } Внутренние классы
129. @antonarhipov anton@zeroturnaround.com