基本类型

栏目: Java · 发布时间: 5年前

内容简介：使用awk命令修改字节码转载请注明出处：http://zhongmingmao.me/2018/12/15/jvm-basic-native-type/

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!");
    }
}

编译运行

$ javac Foo.java

$ java Foo
Hello, Java!
Hello, JVM!

修改字节码运行

# jasm与javap的输出比较类似
$ java -cp ./asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jdis.Main Foo.class > Foo.jasm.bak

$ tail -n 23 Foo.jasm.bak | head -n 21
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
	stack 2 locals 2
{
		iconst_1;
		istore_1;
		iload_1;
		ifeq	L14; # 出栈int，如果等于0时跳转；实际为1，无需跳转
		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; # 出栈2个int，如果不相等时跳转；实际为1和1，无需跳转
		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;
}

使用awk命令修改字节码

$ awk 'NR==1,/iconst_1/{sub(/iconst_1/, "iconst_2")} 1' Foo.jasm.bak > Foo.jasm

$ tail -n 23 Foo.jasm.bak | head -n 21
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
	stack 2 locals 2
{
		iconst_2; # iconst_1 -> iconst_2
		istore_1;
		iload_1;
		ifeq	L14; # 出栈int，如果等于0时跳转；实际为1，无需跳转
		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; # 出栈2个int，如果不相等时跳转；实际为1和2，需跳转
		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;
}

$ java -cp ./asmtools.jar org.openjdk.asmtools.jasm.Main Foo.jasm

$ java Foo
Hello, Java!

Java语言规范+Java虚拟机规范

Java语言规范：boolean类型只有两个取值： true 和 false ，显然这两个符号是不能被虚拟机直接使用的
Java虚拟机规范： boolean类型被映射成int类型 ，true被映射成1，false被映射成0
- 这个编码规则约束了 Java字节码的具体实现
  - 例如对于存储boolean数组的字节码，JVM需要保证实际存入的值为整数1或0
- 要求 Java编译器 也遵守这个编码规则，并且用 整数相关的字节码 来实现 逻辑运算 ，以及boolean类型的 条件跳转
  - 因此，编译而成的class文件中，除了字段和入参外，基本看不出boolean类型的痕迹

基本类型

默认值看起来不一样，但在内存中都是 0
boolean和char是 无符号类型 ，通常我们可以认定char类型是非负数，可以作为数组索引

浮点数

两个0

private static String floatToHexIntBits(float f) {
    return Integer.toHexString(Float.floatToIntBits(f));
}

float z1 = +0.0F; // +0.0F
float z2 = -0.0F; // -0.0F
log.info("{}", floatToHexIntBits(z1)); // 0
log.info("{}", floatToHexIntBits(z2)); // 0x80000000
log.info("{}", z1 == z2); // 两个0对应的内存数值不同，但+0.0F == -0.0F

两个Infinity

正无穷： 任意正浮点数 （不含+0.0F）除以 +0.0F 得到的值
负无穷： 任意正浮点数 （不含+0.0F）除以 -0.0F 得到的值
正无穷和负无穷都是有确切的值的，分别是 0x7F800000 和 0xFF800000

public static final float POSITIVE_INFINITY = 1.0f / 0.0f;
public static final float NEGATIVE_INFINITY = -1.0f / 0.0f;
log.info("{}", floatToHexIntBits(Float.POSITIVE_INFINITY)); // 0x7F800000
log.info("{}", floatToHexIntBits(Float.NEGATIVE_INFINITY)); // 0XFF800000

NaN(Not-a-Number)

NaN： [0x7F800001, 0x7FFFFFFF] U [0xFF800001, 0xFFFFFFFF]
标准NaN： +0.0f/+0.0f，0x7FC00000
除了 != 始终返回 true 之外，其他所有的比较结果都会返回false

float f = 1.0F;
log.info("{}", floatToHexIntBits(NaN)); // 0x7FC00000
log.info("{}", NaN < f);    // false
log.info("{}", NaN >= f);   // false
log.info("{}", NaN != f);   // true
log.info("{}", NaN == f);   // false
log.info("{}", NaN == NaN); // false

存储

JVM每调用一个 Java方法 ，都会创建一个栈帧
栈帧组成： 局部变量表 + 操作数栈
- 局部变量表示广义的，包含实例方法的”this”指针和入参
局部变量表等价于一个数组， long 和 double 需要用 2个数组单元来存储，其他基本类型和引用类型均占用1个数组单元
- boolean、byte、char、short、int、float和reference
  - 32位HotSpot：在栈上占用 4Bytes
  - 64位HotSpot：在栈上占用 8Bytes
- 这种情况 仅存在于局部变量表 中，并不会出现在存储在堆中的字段或者数组元素上
将一个 int类型 的值，存储到 堆中的char 类型字段时，相当于做了一次 隐式的掩码操作 （0xFFFFFFFF -> ‘\uFFFF’）
boolean数组直接用byte数组来实现
- 为了保证堆中的boolean值是合法的，HotSpot在存储时进行 显式的掩码操作 ，只取最后一位的值存入boolean字段或数组

@Slf4j
@Data
public class User {
    private boolean sex;

    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
        Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        field.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) field.get(null);

        User user = new User();
        Field sexField = User.class.getDeclaredField("sex");

        unsafe.putByte(user, unsafe.objectFieldOffset(sexField), (byte) 2);
        log.info("{}", user.isSex()); // 10 -> 0 , false

        unsafe.putByte(user, unsafe.objectFieldOffset(sexField), (byte) 3);
        log.info("{}", user.isSex()); // 11 -> 1 , true
    }
}

加载

JVM的算数运算依赖于操作数栈，将堆中的boolean、byte、char以及short加载到操作数栈上，而后将栈上到值 当做int类型 来运算
对于 boolean 和 char 这两个 无符号 类型来说，加载伴随着 零扩展
对于 byte 和 short 这两个 有符号 类型来说，加载伴随着 符号扩展

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