为什么要推荐大家学习字节码？

明明如月学长

发布于 2021-08-31 11:16:09

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发布于 2021-08-31 11:16:09

文章被收录于专栏：明明如月的技术专栏

配套视频：

为什么推荐大家学习Java字节码

https://www.bilibili.com/video/av77600176/

一、背景

本文主要探讨：为什么要学习 JVM 字节码？

可能很多人会觉得没必要，因为平时开发用不到，而且不学这个也没耽误学习。

但是这里分享一点感悟，即人总是根据自己已经掌握的知识和技能来解决问题的。

这里有个悖论，有时候你觉得有些技术没用恰恰是因为你没有熟练掌握它，遇到可以使用它的场景你根本想不到用。

1.1 从生活的角度来讲

如果你是一个非计算机专业的学生，你老师给你几张图书的拍照，大概3000字，让你打印成文字。

你打开电脑，噼里啪啦一顿敲，搞了一下午干完了。

如果你知道语音输入，那么你可能采用语音输入的方式，30分钟搞定。

如果你了解 OCR 图片文字识别，可能 5 分钟搞定。

不同的方法，带来的效果完全不同。然而最可怕的是，你不会语音输入或者OCR你不会觉得自己少了啥。

OCR识别绝对不是你提高点打字速度可以追赶上的。

1.2 学习Java的角度

很多人学习知识主要依赖百度，依赖博客，依赖视频和图书，而且这些资料质量参差不齐，而且都是别人理解之后的结果。

比如你平时不怎么看源码，那么你就很少能将源码作为你学习的素材，只能依赖博客、图书、视频等。

如果你平时喜欢看源码，你会对源码有自己的理解，你会发现源码对你的学习有很多帮助。

如果你平时不怎么用反编译和反汇编，那么你更多地只能依赖源码，依赖调试等学习知识，而不能从字节码层面来学习和理解知识。

当你慢慢熟练读懂虚拟机指令，你会发现你多了一个学习知识的途径。

二、为什么要学习字节码

2.1 人总是不愿意离开舒适区的

很多人在学习新知识时，总是本能地抵触。会找各种理由不去学，“比如暂时用不到”，“学了没啥用”，“以后再说”。

甚至认为这是在浪费时间。

2.2 为什么要学习字节码？

最近学习了一段时间 JVM 字节码的知识，虽然不算精通，但是读字节码起来已经不太吃力。

为什么推荐学习字节码是因为它可以从比源码更深的层面去学习 Java 相关知识。

虽然不可能所有问题都用字节码的知识来解决，但是它给你一个学习的途径。

比如通过字节码的学习你可以更好地理解 Java中各种语法和语法糖背后的原理，更好地理解多态等语言特性。

三、举例

本文举一个简单的例子，来说明学习字节码的作用。

3.1 例子

3.1.1 语法糖

public class ForEachDemo {

    public static void main(String[] args) {

        List data = new ArrayList<>();
        data.add("a");
        data.add("b");
        for (String str : data) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

编译： javac ForEachDemo.java

反汇编：javap -c ForEachDemo

public class com.imooc.basic.learn_source_code.local.ForEachDemo {
  public com.imooc.basic.learn_source_code.local.ForEachDemo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: ldc           #4                  // String a
      11: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      16: pop
      17: aload_1
      18: ldc           #6                  // String b
      20: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      25: pop
      26: aload_1
      27: invokeinterface #7,  1            // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
      32: astore_2
      33: aload_2
      34: invokeinterface #8,  1            // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
      39: ifeq          62
      42: aload_2
      43: invokeinterface #9,  1            // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
      48: checkcast     #10                 // class java/lang/String
      51: astore_3
      52: getstatic     #11                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      55: aload_3
      56: invokevirtual #12                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      59: goto          33
      62: return
}

我们可以清晰地看到foreach 循环底层用到了迭代器实现，甚至可以逆向脑补出对应的Java源码(大家可以尝试根据字节码写出等价的源码)。

3.1.2 读源码遇到的一个问题

我们在读源码时经常会遇到类似下面的这种写法：

org.springframework.boot.web.servlet.context.ServletWebServerApplicationContext#startWebServer

	private WebServer startWebServer() {
		WebServer webServer = this.webServer;
		if (webServer != null) {
			webServer.start();
		}
		return webServer;
	}

在函数中声明一个和成员变量同名的局部变量，然后将成员变量赋值给局部变量，再去使用。

看似很小的细节，隐含着一个优化思想。

可能有些人读过某些文章有提到（可是为什么我们总得看到一个文章会一个知识？如果没看到怎么办？），更多的人可能并不能理解有什么优化。

3.2 模拟

普通的语法糖这里就不做过多展开，重点讲讲第二个优化的例子。

模仿上述写法的例子：

public class LocalDemo {

    private List data = new ArrayList<>();

    public void someMethod(String param) {
        List data = this.data;
        if (data != null && data.size() > 0 && data.contains(param)) {
            System.out.println(data.indexOf(param));
        }

    }

}

编译：javac LocalDemo.java

反汇编： javap -c LocalDemo

public class com.imooc.basic.learn_source_code.local.LocalDemo {
  public com.imooc.basic.learn_source_code.local.LocalDemo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
       4: aload_0
       5: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       8: dup
       9: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."":()V
      12: putfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
      15: return

  public void someMethod(java.lang.String);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
       4: astore_2
       5: aload_2
       6: ifnull        41
       9: aload_2
      10: invokeinterface #5,  1            // InterfaceMethod java/util/List.size:()I
      15: ifle          41
      18: aload_2
      19: aload_1
      20: invokeinterface #6,  2            // InterfaceMethod java/util/List.contains:(Ljava/lang/Object;)Z
      25: ifeq          41
      28: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      31: aload_2
      32: aload_1
      33: invokeinterface #8,  2            // InterfaceMethod java/util/List.indexOf:(Ljava/lang/Object;)I
      38: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      41: return
}

此时局部变量表中 0 为 this , 1 为 param 2 为局部变量 data

直接使用成员变量的例子：

public class ThisDemo {


    private List data = new ArrayList<>();

    public void someMethod(String param) {

        if (data != null && data.size() > 0 && data.contains(param)) {
            System.out.println(data.indexOf(param));
        }

    }
}

编译：javac ThisDemo.java

反汇编： javap -c ThisDemo

public class com.imooc.basic.learn_source_code.local.ThisDemo {
  public com.imooc.basic.learn_source_code.local.ThisDemo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
       4: aload_0
       5: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       8: dup
       9: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."":()V
      12: putfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
      15: return

  public void someMethod(java.lang.String);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
       4: ifnull        48
       7: aload_0
       8: getfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
      11: invokeinterface #5,  1            // InterfaceMethod java/util/List.size:()I
      16: ifle          48
      19: aload_0
      20: getfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
      23: aload_1
      24: invokeinterface #6,  2            // InterfaceMethod java/util/List.contains:(Ljava/lang/Object;)Z
      29: ifeq          48
      32: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      35: aload_0
      36: getfield      #4                  // Field data:Ljava/util/List;
      39: aload_1
      40: invokeinterface #8,  2            // InterfaceMethod java/util/List.indexOf:(Ljava/lang/Object;)I
      45: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      48: return
}

此时局部变量表只有两个，即 this 和 param。

大家也可以通过 javap -c -v 来查看更详细信息，本例截图中用到 IDEA 插件为jclasslib bytecode viewer，感兴趣参考我的另外一篇对该工具的介绍博文：《IDEA字节码学习查看神器jclasslib bytecode viewer介绍》。

3.3 分析

通过源码其实我们并不能很好的理解到底优化了哪里。

我们分别对两个类进行编译和反汇编后可以清晰地看到：第一个例子代码多了一行，反而反编译后的字节码更短。

第二个例子反编译后的字节码比第一个例子长在哪里呢？

我们发现主要多在：getfield #4 // Field data:Ljava/util/List; 这里。

即每次获取 data对象都要先 aload_0 然后再 getfield 指令获取。

第一个例子通过 astore_2 将其存到了局部变量表中，每次用直接 aload_2 直接从局部变量表中加载到操作数栈。

从而不需要每次都从 this 对象中获取这个属性，因此效率更高。

这种思想有点像写代码中常用的缓存，即将最近要使用的数据先查一次缓存起来，使用时优先查缓存。

本质上体现了操作系统中的时间局部性和空间局部性的概念（不懂的话翻下书或百度下）。

因此通过字节码的分析，通过联系实际的开发经验，通过联系专业知识，这个问题我们就搞明白了。

另外也体现了用空间换时间的思想。

知识只有能贯穿起来，理解的才能更牢固。

此处也体现出专业基础的重要性。

另外知识能联系起来、思考到本质，理解才能更深刻，记忆才能更牢固，才更有可能灵活运用。

四、总结

这只是其中一个非常典型的例子，学习 JVM 字节码能够给你一个不一样的视角，让你多一个学习的途径。

可能很多人说自己想学但是无从下手，这里推荐大家先看《深入理解Java虚拟机》，然后结合《Java虚拟机规范》，平时多敲一下 javap 指令，慢慢就熟悉了，另外强力推荐jclasslib bytecode viewer插件，该插件可以点击指令跳转到 Java虚拟机规范对该指令的介绍的部分，对学习帮助极大。

很多人可能会说，学这个太慢。

的确，急于求成怎么能学的特别好呢？厚积才能薄发，耐不住寂寞怎么能学有所成呢。

本文通过这其中一个例子让大家理解，JVM字节码可以帮助大家理解Java的一些语法（篇幅有限，而且例子太多，这里就不给出了，感兴趣的同学自己尝试），甚至帮助大家学习源码。

试想一下，如果你认为学习字节码无用，甚至你都不了解，你怎么可能用它来解决问题呢？

你所掌握的知识帮助你成长由限制了你的成长，要敢于突破舒适区，给自己更多的成长机会。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2019/11/25 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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