這篇文章聊下字節(jié)碼和相關(guān)的應(yīng)用。

1、機(jī)器碼和字節(jié)碼

機(jī)器碼(machine code)，學(xué)名機(jī)器語言指令，有時(shí)也被稱為原生碼（Native Code），是電腦的CPU可直接解讀的數(shù)據(jù)。

通常意義上來理解的話，機(jī)器碼就是計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行，并且執(zhí)行速度最快的代碼。

用機(jī)器語言編寫程序，編程人員要首先熟記所用計(jì)算機(jī)的全部指令代碼和代碼的涵義。手編程序時(shí)，程序員得自己處理每條指令和每一數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分配和輸入輸出，還得記住編程過程中每步所使用的工作單元處在何種狀態(tài)。這是一件十分繁瑣的工作，編寫程序花費(fèi)的時(shí)間往往是實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的幾十倍或幾百倍。而且，編出的程序全是些0和1的指令代碼，直觀性差，還容易出錯(cuò)。

字節(jié)碼（Bytecode）是一種包含執(zhí)行程序、由一序列 op 代碼/數(shù)據(jù)對 組成的二進(jìn)制文件。字節(jié)碼是一種中間碼，它比機(jī)器碼更抽象，需要直譯器轉(zhuǎn)譯后才能成為機(jī)器碼的中間代碼。

通常情況下它是已經(jīng)經(jīng)過編譯，但與特定機(jī)器碼無關(guān)。字節(jié)碼通常不像源碼一樣可以讓人閱讀，而是編碼后的數(shù)值常量、引用、指令等構(gòu)成的序列。

字節(jié)碼主要為了實(shí)現(xiàn)特定軟件運(yùn)行和軟件環(huán)境、與硬件環(huán)境無關(guān)。字節(jié)碼的實(shí)現(xiàn)方式是通過編譯器和虛擬機(jī)器。編譯器將源碼編譯成字節(jié)碼，特定平臺(tái)上的虛擬機(jī)器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)譯為可以直接執(zhí)行的指令。

字節(jié)碼的典型應(yīng)用為Java bytecode。字節(jié)碼在運(yùn)行時(shí)通過JVM（JAVA虛擬機(jī)）做一次轉(zhuǎn)換生成機(jī)器指令，因此能夠更好的跨平臺(tái)運(yùn)行。

2、字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)

Java字節(jié)碼增強(qiáng)指的是在Java字節(jié)碼生成之后，對其進(jìn)行修改，增強(qiáng)其功能，這種方式相當(dāng)于對應(yīng)用程序的二進(jìn)制文件進(jìn)行修改。Java字節(jié)碼增強(qiáng)主要是為了減少冗余代碼，提高性能等。

實(shí)現(xiàn)字節(jié)碼增強(qiáng)的主要步驟為：

(1)修改字節(jié)碼

在內(nèi)存中獲取到原來的字節(jié)碼，然后通過一些工具（如 ASM，Javaasist）來修改它的byte[]數(shù)組，得到一個(gè)新的byte數(shù)組。

(2)使修改后的字節(jié)碼生效

有兩種方法：

• 自定義ClassLoader來加載修改后的字節(jié)碼；

• 替換掉原來的字節(jié)碼：在JVM加載用戶的Class時(shí)，攔截，返回修改后的字節(jié)碼；或者在運(yùn)行時(shí)，使用Instrumentation.redefineClasses方法來替換掉原來的字節(jié)碼；

3、字節(jié)碼增強(qiáng)有哪些實(shí)現(xiàn)

字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)有以下這些：

• 動(dòng)態(tài)代理

• CGLIB

• Javassist

• asm

以 ASM 為例， 使用它可以動(dòng)態(tài)修改類、方法，甚至可以重新定義類，連 CGLib 底層都是用 ASM 實(shí)現(xiàn)的。

4、Btrace原理和應(yīng)用

BTrace是SUN Kenai云計(jì)算開發(fā)平臺(tái)下的一個(gè)開源項(xiàng)目，旨在為java提供安全可靠的動(dòng)態(tài)跟蹤分析工具。

那么，BTrace這么神奇的功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢？既然這是個(gè)開源的代碼，那么直接從代碼找原理。BTrace代碼開源在https://github.com/btraceio/btrace。

BTrace是基于動(dòng)態(tài)字節(jié)碼修改技術(shù)(Hotswap)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)java程序的跟蹤和替換。大體的原理可以用下面的公式描述：

Client(Java compile api + attach api) + Agent（腳本解析引擎 + ASM + JDK6 Instumentation） + Socket

BTrace工作時(shí)序圖如下：

BTrace就是使用ASM修改當(dāng)前類，附加調(diào)試信息，得到新的類，一般情況下，Class文件是通過javac編譯器產(chǎn)生的，然后通過類加載器加載到虛擬機(jī)內(nèi)，再通過執(zhí)行引擎去執(zhí)行。現(xiàn)在可以通過ASM的API直接生成符合Java虛擬機(jī)規(guī)范的Class字節(jié)流，這樣，ASM做的事情一定程度上正是javac解釋器做的工作。

5、總結(jié)

字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)可以動(dòng)態(tài)地對運(yùn)行中的程序做修改，也可以跟蹤JVM運(yùn)行中程序的狀態(tài)。此外，我們平時(shí)使用的動(dòng)態(tài)代理、AOP也與字節(jié)碼增強(qiáng)密切相關(guān)，它們實(shí)質(zhì)上還是利用各種手段生成符合規(guī)范的字節(jié)碼文件。

掌握字節(jié)碼增強(qiáng)后可以高效地定位并快速修復(fù)一些棘手的問題（如線上性能問題、方法出現(xiàn)不可控的出入?yún)⑿枰o急加日志等問題），也可以在開發(fā)中減少冗余代碼，大大提高開發(fā)效率。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python字节码解析_从底层入手，解析字节码增强和Btrace应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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