即便對那些有經驗的Java開發人員來說，閱讀已編譯的Java字節碼也很乏味。爲什麼我們首先需要了解這種底層的東西？這是上週發生在我身上的一個簡單故事：很久以前，我在機器上做了一些代碼更改，編譯了一個JAR，並將其部署到服務器上，以測試性能問題的一個潛在修復方案。不幸的是，代碼從未被檢入到版本控制系統中，並且出於某種原因，本地更改被刪除了而沒有追蹤。幾個月後，我再次修改源代碼，但是我找不到上一次更改的版本！
幸運的是編譯後的代碼仍然存在於該遠程服務器上。我於是鬆了一口氣，我再次抓取JAR並使用反編譯器編輯器打開它......只有一個問題：反編譯器GUI不是一個完美的工具，並且出於某種原因，在該JAR中的許多類中找到我想要反編譯的特定類並在我打開它時會在UI中導致了一個錯誤，並且反編譯器崩潰！
絕望的時候需要採取孤注一擲的措施。幸運的是，我對原始字節碼很熟悉，我寧願花些時間手動地對一些代碼進行反編譯，而不是通過不斷的更改和測試它們。因爲我仍然記得在哪裏可以查看代碼，所以閱讀字節碼幫助我精確地確定了具體的變化，並以源代碼形式構建它們。（我一定要從我的錯誤中吸取教訓，這次要珍惜好這些教訓！）
字節碼的好處是，您可以只用學習它的語法一次，然後它適用於所有Java支持的平臺——因爲它是代碼的中間表示，而不是底層CPU的實際可執行代碼。此外，字節碼比本機代碼更簡單，因爲JVM架構相當簡單，因此簡化了指令集，另一件好事是，這個集合中的所有指令都是由Oracle提供完整的文檔。
不過，在學習字節碼指令集之前，讓我們熟悉一下JVM的一些事情，這是進行下一步的先決條件。
JVM 數據類型
Java是靜態類型的，它會影響字節碼指令的設計，這樣指令就會期望自己對特定類型的值進行操作。例如，就會有好幾個add指令用於兩個數字相加：iadd、ladd、fadd、dadd。他們期望類型的操作數分別是int、long、float和double。大多數字節碼都有這樣的特性，它具有不同形式的相同功能，這取決於操作數類型。
JVM定義的數據類型包括:
基本類型:
數值類型: byte (8位), short (16位), int (32位), long (64-bit位), char (16位無符號Unicode), float(32-bit IEEE 754 單精度浮點型), double (64-bit IEEE 754 雙精度浮點型)
布爾類型
指針類型: 指令指針。
引用類型:
類
數組
接口
在字節碼中布爾類型的支持是受限的。舉例來說，沒有結構能直接操作布爾值。布爾值被替換轉換成 int 是通過編譯器來進行的，並且最終還是被轉換成 int 結構。
Java 開發者應該熟悉所有上面的類型，除了 returnAddress，它沒有等價的編程語言類型。
基於棧的架構
字節碼指令集的簡單性很大程度上是由於 Sun 設計了基於堆棧的 VM 架構，而不是基於寄存器架構。有各種各樣的進程使用基於JVM 的內存組件, 但基本上只有 JVM 堆需要詳細檢查字節碼指令：
PC寄存器：對於Java程序中每個正在運行的線程，都有一個PC寄存器保存着當前執行的指令地址。
JVM 棧：對於每個線程，都會分配一個棧，其中存放本地變量、方法參數和返回值。下面是一個顯示3個線程的堆棧示例。
堆：所有線程共享的內存和存儲對象（類實例和數組）。對象回收是由垃圾收集器管理的。
方法區：對於每個已加載的類，它儲存方法的代碼和一個符號表（例如對字段或方法的引用）和常量池。
JVM堆棧是由幀組成的，當方法被調用時，每個幀都被推到堆棧上，當方法完成時從堆棧中彈出（通過正常返回或拋出異常）。每一幀還包括：
本地變量數組，索引從0到它的長度-1。長度是由編譯器計算的。一個局部變量可以保存任何類型的值，long和double類型的值佔用兩個局部變量。
用來存儲中間值的棧，它存儲指令的操作數，或者方法調用的參數。
字節碼探索
關於JVM內部的看法，我們能夠從示例代碼中看到一些被生成的基本字節碼例子。Java類文件中的每個方法都有代碼段，這些代碼段包含了一系列的指令，格式如下：
opcode (1 byte) operand1 (optional) operand2 (optional) ...
這個指令是由一個一字節的opcode和零個或若干個operand組成的，這個operand包含了要被操作的數據。
在當前執行方法的棧幀裏，一條指令可以將值在操作棧中入棧或出棧，可以在本地變量數組中悄悄地加載或者存儲值。讓我們來看一個例子：
爲了打印被編譯的類中的結果字節碼（假設在Test.class文件中），我們運行javap工具：
javap -v Test.class我們可以得到如下結果：
我們可以看到main方法的方法聲明，descriptor說明這個方法的參數是一個字符串數組([Ljava/lang/String; )，而且返回類型是void（V）。下面的flags這行說明該方法是公開的(ACC_PUBLIC)和靜態的 (ACC_STATIC)。
Code屬性是最重要的部分，它包含了這個方法的一系列指令和信息，這些信息包含了操作棧的最大深度（本例中是2）和在這個方法的這一幀中被分配的本地變量的數量（本例中是4）。所有的本地變量在上面的指令中都提到了，除了第一個變量（索引爲0），這個變量保存的是args參數。其他三個本地變量就相當於源碼中的a，b和c。
從地址0到8的指令將執行以下操作：
iconst_1:將整形常量1放入操作數棧。
istore_1:在索引爲1的位置將第一個操作數出棧（一個int值）並且將其存進本地變量，相當於變量a。
iconst_2:將整形常量2放入操作數棧。
istore_2:在索引爲2的位置將第一個操作數出棧並且將其存進本地變量，相當於變量b。
iload_1:從索引1的本地變量中加載一個int值，放入操作數棧。
iload_2:從索引2的本地變量中加載一個int值，放入操作數棧。
iadd:把操作數棧中的前兩個int值出棧並相加，將相加的結果放入操作數棧。
istore_3:在索引爲3的位置將第一個操作數出棧並且將其存進本地變量，相當於變量c。
return:從這個void方法中返回。
上述指令只包含操作碼，由JVM來精確執行。
方法調用
上面的示例只有一個方法，即 main 方法。假如我們需要對變量 c 進行更復雜的計算，這些複雜的計算寫在新方法 calc 中：
看看生成的字節碼：
main 方法代碼唯一的不同在於用 invokestatic 指令代替了 iadd 指令，invokestatic 指令用於調用靜態方法 calc。注意，關鍵在於操作數棧中傳遞給 calc 方法的兩個參數。也就是說，調用方法需要按正確的順序爲被調用方法準備好所有參數，交依次推入操作數棧。iinvokestatic（還有後面提到的其它類似的調用指令）隨後會從棧中取出這些參數，然後爲被調用方法創建一個新的環境，將參數作爲局域變量置於其中。
我們也注意到invokestatic指令在地址上看佔據了3字節，由6跳轉到9。不像其餘指令那樣那麼遠，這是因爲invokestatic指令包含了兩個額外的字節來構造要調用的方法的引用（除了opcode外）。這引用由javap顯示爲#2，是一個引用calc方法的符號，解析於從前面描述的常量池中。
其它的新信息顯然是calc方法本身的代碼。它首先將第一個整數參數加載到操作數堆棧上（iload_0）。下一條指令，i2d，通過應用擴展轉換將其轉換爲double類型。由此產生的double類型取代了操作數堆棧的頂部。
再下一條指令將一個double類型常量2.0d(從常量池中取出)推到操作數堆棧上。然後靜態方法Math.pow調用目前爲止準備好的兩個操作數值（第一個參數是calc和常量2.0d）。當Math.pow方法返回時，他的結果將會被存儲在其調用程序的操作數堆棧上。在下面說明。
同樣的程序應用於計算Math.pow(b,2):
下一條指令，dadd，會將棧頂的兩個中間結果出棧，將它們相加，並將所得之和推入棧頂。最後，invokestatic 對這個和值調用 Math.sqrt，將結果從 double（雙精度浮點型） 窄化轉換（d2i）成 int（整型）。整型結果會返回到 main 方法中， 並在這裏保存到 c（istore_3）。
創建實例
現在修改這個示例，加入 Point 類來封裝 XY 座標。
編譯後的 main 方法的字體碼如下：
這裏引入了 new、dup 和 invokespecial 幾個新指令。new 指令與編程語言中的 new 運算符類似，它根據傳入的操作數所指定類型來創建對象（這是對 Point 類的符號引用）。對象的內存是在堆上分配，對象引用則是被推入到操作數棧上。
dup指令會複製頂部操作數的棧值，這意味着現在我們在棧頂部有兩個指向Point對象的引用。接下來的三條指令將構造函數的參數（用於初始化對象）壓入操作數堆棧中，然後調用與構造函數對應的特殊初始化方法。下一個方法中x和y字段將被初始化。該方法完成之後，前三個操作數的棧值將被銷燬，剩下的就是已創建對象的原始引用（到目前爲止，已成功完成初始化了）。
接下來，astore_1將該Point引用出棧，並將其賦值到索引1所保存的本地變量(astore_1中的a表明這是一個引用值).
通用的過程會被重複執行以創建並初始化第二個Point實例，此實例會被賦值給變量b。
最後一步是將本地變量中的兩個Point對象的引用加載到索引1和2中（分別使用aload_1和aload_2），並使用invokevirtual調用area方法，該方法會根據實際的類型來調用適當的方法來完成分發。例如，如果變量a包含一個擴展自Point類的SpecialPoint實例，並且該子類重寫了area方法，則重寫後的方法會被調用。在這種情況下，並不存在子類，因此僅有area方法是可用的。
請注意，即使area方法接受單參數，堆棧頂部也有兩個Point的引用。第一個（pointA，來自變量a）實際上是調用該方法的實例（在編程語言中被稱爲this），對area方法來說，它將被傳遞到新棧幀的第一個局部變量中。另一個操作數（pointB）是area方法的參數。
另一種方式
你無需對每條指令的理解和執行的準確流程完全掌握，以根據手頭的字節碼瞭解程序的功能。例如，就我而言，我想檢查代碼是否驅動Java stream來讀取文件，以及流是否被正確地關閉。現在以下面的字節碼爲例，確認以下情況是很簡單的：一個流是否被使用並且很有可能是作爲try-with-resources語句的一部分被關閉的。
public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.Exception;
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=8, args_size=1
0: ldc #2 // class test/Test
2: ldc #3 // String input.txt
4: invokevirtual #4 // Method java/lang/Class.getResource:(Ljava/lang/String;)Ljava/net/URL;
7: invokevirtual #5 // Method java/net/URL.toURI:()Ljava/net/URI;
10: invokestatic #6 // Method java/nio/file/Paths.get:(Ljava/net/URI;)Ljava/nio/file/Path;
13: astore_1
14: new #7 // class java/lang/StringBuilder
17: dup
18: invokespecial #8 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
21: astore_2
22: aload_1
23: invokestatic #9 // Method java/nio/file/Files.lines:(Ljava/nio/file/Path;)Ljava/util/stream/Stream;
26: astore_3
27: aconst_null
28: astore 4
30: aload_3
31: aload_2
32: invokedynamic #10, 0 // InvokeDynamic #0:accept:(Ljava/lang/StringBuilder;)Ljava/util/function/Consumer;
37: invokeinterface #11, 2 // InterfaceMethod java/util/stream/Stream.forEach:(Ljava/util/function/Consumer;)V
42: aload_3
43: ifnull 131
46: aload 4
48: ifnull 72
51: aload_3
52: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod java/util/stream/Stream.close:()V
57: goto 131
60: astore 5
62: aload 4
64: aload 5
66: invokevirtual #14 // Method java/lang/Throwable.addSuppressed:(Ljava/lang/Throwable;)V
69: goto 131
72: aload_3
73: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod java/util/stream/Stream.close:()V
78: goto 131
81: astore 5
83: aload 5
85: astore 4
87: aload 5
89: athrow
90: astore 6
92: aload_3
93: ifnull 128
96: aload 4
98: ifnull 122
101: aload_3
102: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod java/util/stream/Stream.close:()V
107: goto 128
110: astore 7
112: aload 4
114: aload 7
116: invokevirtual #14 // Method java/lang/Throwable.addSuppressed:(Ljava/lang/Throwable;)V
119: goto 128
122: aload_3
123: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod java/util/stream/Stream.close:()V
128: aload 6
130: athrow
131: getstatic #15 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
134: aload_2
135: invokevirtual #16 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
138: invokevirtual #17 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
141: return
...可以看到java/util/stream/Stream執行forEach之前，首先觸發InvokeDynamic以引用Consumer。與此同時會發現大量調用Stream.close與Throwable.addSuppressed的字節碼，這是編譯器實現try-with-resources statement的基本代碼。
這是完整的原始代碼。
總結
還好字節碼指令集簡潔，生成指令時幾乎少有的編譯器優化，反編譯類文件可以在沒有源碼的情況下檢查代碼，當然如沒有源碼這也是一種需求！