java中基本类型boolean在jvm中的具体实现
java中基本类型boolean在jvm中的具体实现
在前面在java中boolean类型占多少字节？一文中，对java的基本数据类型，boolean进行过一些简单的分析。在该文中得出，java的boolean类型，实际上存储的时候是4Byte，boolean的操作与int无异。但是在boolean数组中，则每个boolean的长度为1Byte。最近在极客时间学习深入拆解Java虚拟机专栏的时候，也看到类似的问题，现在按照极客时间学习的思路，对boolean的使用进行验证。
$ echo '
public class Foo {
public static void main(String[] args) {
boolean flag = true;
if (flag) System.out.println("Hello, Java!");
if (flag == true) System.out.println("Hello, JVM!");
}
}' > Foo.java
$ javac Foo.java
$ java Foo
$ java -cp /path/to/asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jdis.Main Foo.class > Foo.jasm.1
$ awk 'NR==1,/iconst_1/{sub(/iconst_1/, "iconst_2")} 1' Foo.jasm.1 > Foo.jasm
$ java -cp /path/to/asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jasm.Main Foo.jasm
$ java Foo根据极客时间的问题，执行上述代码。在linux服务器上进行实验。 创建如下java类:
public class Foo {
public static void main(String[] args) {
boolean flag = true;
if (flag) System.out.println("Hello, Java!");
if (flag == true) System.out.println("Hello, JVM!");
}
}将上述代码编译并执行：
[javaops@haibo codes]$ javac Foo.java
[javaops@haibo codes]$ java Foo
Hello, Java!
Hello, JVM!可以看到，上述两个判断条件显然都满足，会都输出。 我没知道，实际上boolean是转为int来执行的，1表示ture，而0表示false，但是如果此时这个flag的值为2其结果又会如何呢？ 这样就需要涉及到对字节码的修改，javac在编译之前会严格校验代码规范，flag的值无法为2，那么我们只能在编译之后对其字节码进行修改。 而AsmTools就是这样一个用来对字节码修改和验证的工具。 参考AsmTools这篇博文。 AsmTools是OpenJDK上的开源项目，托管在vcs上，需要下载源码之后自行编译。那么此处为了省事，就直接用博文中提供的地址wget了。
wget https://github.com/hengyunabc/hengyunabc.github.io/files/2188258/asmtools-7.0.zip将这个zip文件解压，实际上就是为了得到asmtools.jar文件。 将这个文件放置在代码目录。
java -cp ./asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jdis.Main Foo.class > Foo.jasm.1上述代码会将Foo.class变成字节码输出：
super public class Foo
version 52:0
{
public Method "<init>":"()V"
stack 1 locals 1
{
aload_0;
invokespecial Method java/lang/Object."<init>":"()V";
return;
}
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
stack 2 locals 2
{
iconst_1;
istore_1;
iload_1;
ifeq L14;
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, Java!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
L14: stack_frame_type append;
locals_map int;
iload_1;
iconst_1;
if_icmpne L27;
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, JVM!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
L27: stack_frame_type same;
return;
}
} // end Class Foo
~ 按要求继续执行：
awk 'NR==1,/iconst_1/{sub(/iconst_1/, "iconst_2")} 1' Foo.jasm.1 > Foo.jasm上述实际上是将字节码iconst_1修改为iconst_2
super public class Foo
version 52:0
{
public Method "<init>":"()V"
stack 1 locals 1
{
aload_0;
invokespecial Method java/lang/Object."<init>":"()V";
return;
}
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
stack 2 locals 2
{
iconst_2;
istore_1;
iload_1;
ifeq L14;
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, Java!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
L14: stack_frame_type append;
locals_map int;
iload_1;
iconst_1;
if_icmpne L27;
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, JVM!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
L27: stack_frame_type same;
return;
}
} // end Class Foo之后将这个修改后的内容，修改带java字节码文件Foo中：
java -cp ./asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jasm.Main Foo.jasm执行修改后的Foo：
[javaops@haibo codes]$ java Foo
Hello, Java!尝试将字节码从2改为3 ，结果还是一样，每次都输出Hello,java!
初步判断问题可能出在jdk版本，或者asmtool。 在linux上尝试了openjdk和oraclejdk 的10、11、15三个版本都未能成功。那么说可能问题出在asmtool。
此后，忽然想到通过UnSafe也能验证：
package com.dhb.semaphore;
import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
public class Foo1 {
private boolean flag;
public boolean getFlag() {
return flag;
}
public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Unsafe unsafe = getUnsafe();
Foo1 foo = new Foo1();
Field field = foo.getClass().getDeclaredField("flag");
long offset = unsafe.objectFieldOffset(field);
unsafe.putInt(foo, offset, 2);
if (foo.getFlag()) System.out.println("Hello,Java");
if (foo.getFlag() == true) System.out.println("Hello, JVM");
}
public static Unsafe getUnsafe() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
f.setAccessible(true);
return (Unsafe) f.get(null);
}
}上述代码执行结果没有输出，而将offset的值换为3：
Hello,Java
Hello, JVM则实验成功。
上述代码证明，在java中，对于boolean的值，尽管是按照int型在栈中计算，但是，在boolean处理的时候，会采用掩码的方式，将int截取后保留最低位的结果来做为boolean的值。 此处如果为2，则最低位为0，因此两处字节码都不会相等： 该字节码解读如下：
super public class Foo
version 52:0
{
//构造方法的stack1 此处可以发现构造方法和执行的main方法的stack不同
public Method "<init>":"()V"
stack 1 locals 1
{
aload_0;
invokespecial Method java/lang/Object."<init>":"()V";
return;
}
//main方法的stack
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
//locals 2 表面此处两个本地变量
stack 2 locals 2
{
//将 2 压入stack顶
iconst_2;
//将stack顶部的2存入第二个局部变量中（从0开始）
istore_1;
//将第二个局部变量载入stack
iload_1;
//判断如果stack顶部的值为0的时候 跳转到L14 反之继续执行
ifeq L14;
//输出逻辑
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, Java!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
//if不成立的部分
L14: stack_frame_type append;
locals_map int;
//将stack顶部的值写入第二个局部变量
iload_1;
//将 1 压入stack中，此处就是if判断中的true
iconst_1;
//比较栈顶两int型数值大小，当结果等于0时跳转 到L27
if_icmpne L27;
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hello, JVM!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
L27: stack_frame_type same;
return;
}
} // end Class Foo实际上，在java虚拟机中，boolean、byte、char、short 这四种类型，在栈上占用的空间和int是一样的，和引用类型也是一样的。因此，在 32 位的HotSpot中，这些类型在栈上将占用 4 个字节；而在 64 位的 HotSpot中，他们将占8个字节。当然，这种情况仅存在于局部变量，而并不会出现在存储于堆中的字段或者数组元素上。对于 byte、char以及short这三种类型的字段或者数组单元，它们在堆上占用的空间分别为一字节、两字节，以及两字节，也就是说，跟这些类型的值域相吻合。（参考极客时间）