Java代码编译和反编译的那些事儿
编程语言
在介绍编译和反编译之前，我们先来简单介绍下编程语言（programming language）。编程语言（programming language）分为低级语言（low-level language）和高级语言（high-level language）。
机器语言（machine language）和汇编语言（assembly language）属于低级语言，直接用计算机指令编写程序。
而c、c++、java、python等属于高级语言，用语句（statement）编写程序，语句是计算机指令的抽象表示。
举个例子，同样一个语句用c语言、汇编语言和机器语言分别表示如下：
计算机只能对数字做运算，符号、声音、图像在计算机内部都要用数字表示，指令也不例外，上表中的机器语言完全由十六进制数字组成。最早的程序员都是直接用机器语言编程，但是很麻烦，需要查大量的表格来确定每个数字表示什么意思，编写出来的程序很不直观，而且容易出错，于是有了汇编语言，把机器语言中一组一组的数字用助记符（mnemonic）表示，直接用这些助记符写出汇编程序，然后让汇编器（assembler）去查表把助记符替换成数字，也就把汇编语言翻译成了机器语言。
但是，汇编语言用起来同样比较复杂，后面，就衍生出了java、c、c++等高级语言。
什么是编译
上面提到语言有两种，一种低级语言，一种高级语言。可以这样简单的理解：低级语言是计算机认识的语言、高级语言是程序员认识的语言。
那么如何从高级语言转换成低级语言呢？这个过程其实就是编译。
从上面的例子还可以看出，c语言的语句和低级语言的指令之间不是简单的一一对应关系，一条a=b+1;语句要翻译成三条汇编或机器指令，这个过程称为编译（compile），由编译器（compiler）来完成，显然编译器的功能比汇编器要复杂得多。用c语言编写的程序必须经过编译转成机器指令才能被计算机执行，编译需要花一些时间，这是用高级语言编程的一个缺点，然而更多的是优点。首先，用c语言编程更容易，写出来的代码更紧凑，可读性更强，出了错也更容易改正。
将便于人编写、阅读、维护的高级计算机语言所写作的源代码程序，翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序的过程就是编译。负责这一过程的处理的工具叫做编译器
现在我们知道了什么是编译，也知道了什么是编译器。不同的语言都有自己的编译器，java语言中负责编译的编译器是一个命令：javac
javac是收录于jdk中的java语言编译器。该工具可以将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于java虚拟机的字节码。
当我们写完一个helloworld.java文件后，我们可以使用javac helloworld.java命令来生成helloworld.class文件，这个class类型的文件是jvm可以识别的文件。通常我们认为这个过程叫做java语言的编译。其实，class文件仍然不是机器能够识别的语言，因为机器只能识别机器语言，还需要jvm再将这种class文件类型字节码转换成机器可以识别的机器语言。
什么是反编译
反编译的过程与编译刚好相反，就是将已编译好的编程语言还原到未编译的状态，也就是找出程序语言的源代码。就是将机器看得懂的语言转换成程序员可以看得懂的语言。java语言中的反编译一般指将class文件转换成java文件。
有了反编译工具，我们可以做很多事情，最主要的功能就是有了反编译工具，我们就能读得懂java编译器生成的字节码。如果你想问读懂字节码有啥用，那么我可以很负责任的告诉你，好处大大的。比如我的博文几篇典型的原理性文章，都是通过反编译工具得到反编译后的代码分析得到的。如深入理解多线程（一）——synchronized的实现原理、深度分析java的枚举类型—-枚举的线程安全性及序列化问题、java中的switch对整型、字符型、字符串型的具体实现细节、java的类型擦除等。我最近在gitchat写了一篇关于java语法糖的文章，其中大部分内容都用到反编译工具来洞悉语法糖背后的原理。
java反编译工具
本文主要介绍3个java的反编译工具：javap、jad和cfr
javap
javap是jdk自带的一个工具，可以对代码反编译，也可以查看java编译器生成的字节码。javap和其他两个反编译工具最大的区别是他生成的文件并不是java文件，也不像其他两个工具生成代码那样更容易理解。拿一段简单的代码举例，如我们想分析java 7中的switch是如何支持string的，我们先有以下可以编译通过的源代码：
public class switchdemostring {
public static void main(string[] args) {
string str = "world";
switch (str) {
case "hello":
system.out.println("hello");
break;
case "world":
system.out.println("world");
break;
default:
break;
}
}
}
执行以下两个命令：
javac switchdemostring.java javap -c switchdemostring.class
生成代码如下：
public class com.hollis.suguar.switchdemostring {
public com.hollis.suguar.switchdemostring();
code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // method java/lang/object."<init>":()v
4: return
public static void main(java.lang.string[]);
code:
0: ldc #2 // string world
2: astore_1
3: aload_1
4: astore_2
5: iconst_m1
6: istore_3
7: aload_2
8: invokevirtual #3 // method java/lang/string.hashcode:()i
11: lookupswitch { // 2
99162322: 36
113318802: 50
default: 61
}
36: aload_2
37: ldc #4 // string hello
39: invokevirtual #5 // method java/lang/string.equals:(ljava/lang/object;)z
42: ifeq 61
45: iconst_0
46: istore_3
47: goto 61
50: aload_2
51: ldc #2 // string world
53: invokevirtual #5 // method java/lang/string.equals:(ljava/lang/object;)z
56: ifeq 61
59: iconst_1
60: istore_3
61: iload_3
62: lookupswitch { // 2
0: 88
1: 99
default: 110
}
88: getstatic #6 // field java/lang/system.out:ljava/io/printstream;
91: ldc #4 // string hello
93: invokevirtual #7 // method java/io/printstream.println:(ljava/lang/string;)v
96: goto 110
99: getstatic #6 // field java/lang/system.out:ljava/io/printstream;
102: ldc #2 // string world
104: invokevirtual #7 // method java/io/printstream.println:(ljava/lang/string;)v
107: goto 110
110: return
}
我个人的理解，javap并没有将字节码反编译成java文件，而是生成了一种我们可以看得懂字节码。其实javap生成的文件仍然是字节码，只是程序员可以稍微看得懂一些。如果你对字节码有所掌握，还是可以看得懂以上的代码的。其实就是把string转成hashcode，然后进行比较。
个人认为，一般情况下我们会用到javap命令的时候不多，一般只有在真的需要看字节码的时候才会用到。但是字节码中间暴露的东西是最全的，你肯定有机会用到，比如我在分析synchronized的原理的时候就有是用到javap。通过javap生成的字节码，我发现synchronized底层依赖了acc_synchronized标记和monitorenter、monitorexit两个指令来实现同步。
jad
jad是一个比较不错的反编译工具，只要下载一个执行工具，就可以实现对class文件的反编译了。还是上面的源代码，使用jad反编译后内容如下：
命令：jad switchdemostring.class
public class switchdemostring
{
public switchdemostring()
{
}
public static void main(string args[])
{
string str = "world";
string s;
switch((s = str).hashcode())
{
default:
break;
case 99162322:
if(s.equals("hello"))
system.out.println("hello");
break;
case 113318802:
if(s.equals("world"))
system.out.println("world");
break;
}
}
}
看，这个代码你肯定看的懂，因为这不就是标准的java的源代码么。这个就很清楚的可以看到原来字符串的switch是通过equals()和hashcode()方法来实现的。
但是，jad已经很久不更新了，在对java7生成的字节码进行反编译时，偶尔会出现不支持的问题，在对java 8的lambda表达式反编译时就彻底失败。
cfr
jad很好用，但是无奈的是很久没更新了，所以只能用一款新的工具替代他，cfr是一个不错的选择，相比jad来说，他的语法可能会稍微复杂一些，但是好在他可以work。
如，我们使用cfr对刚刚的代码进行反编译。执行一下命令：
java -jar cfr_0_125.jar switchdemostring.class --decodestringswitch false
得到以下代码：
public class switchdemostring {
public static void main(string[] arrstring) {
string string;
string string2 = string = "world";
int n = -1;
switch (string2.hashcode()) {
case 99162322: {
if (!string2.equals("hello")) break;
n = 0;
break;
}
case 113318802: {
if (!string2.equals("world")) break;
n = 1;
}
}
switch (n) {
case 0: {
system.out.println("hello");
break;
}
case 1: {
system.out.println("world");
break;
}
}
}
}
通过这段代码也能得到字符串的switch是通过equals()和hashcode()方法来实现的结论。
相比jad来说，cfr有很多参数，还是刚刚的代码，如果我们使用以下命令，输出结果就会不同：
java -jar cfr_0_125.jar switchdemostring.class
public class switchdemostring {
public static void main(string[] arrstring) {
string string;
switch (string = "world") {
case "hello": {
system.out.println("hello");
break;
}
case "world": {
system.out.println("world");
break;
}
}
}
}
所以--decodestringswitch表示对于switch支持string的细节进行解码。类似的还有--decodeenumswitch、--decodefinally、--decodelambdas等。在我的关于语法糖的文章中，我使用--decodelambdas对lambda表达式警进行了反编译。 源码：
public static void main(string... args) {
list<string> strlist = immutablelist.of("hollis", "公众号：hollis", "博客：www.hollischuang.com");
strlist.foreach( s -> { system.out.println(s); } );
}
java -jar cfr_0_125.jar lambdademo.class --decodelambdas false反编译后代码：
public static /* varargs */ void main(string ... args) {
immutablelist strlist = immutablelist.of((object)"hollis", (object)"\u516c\u4f17\u53f7\uff1ahollis", (object)"\u535a\u5ba2\uff1awww.hollischuang.com");
strlist.foreach((consumer<string>)lambdametafactory.metafactory(null, null, null, (ljava/lang/object;)v, lambda$main$0(java.lang.string ), (ljava/lang/string;)v)());
}
private static /* synthetic */ void lambda$main$0(string s) {
system.out.println(s);
}
cfr还有很多其他参数，均用于不同场景，读者可以使用java -jar cfr_0_125.jar --help进行了解。这里不逐一介绍了。
如何防止反编译
由于我们有工具可以对class文件进行反编译，所以，对开发人员来说，如何保护java程序就变成了一个非常重要的挑战。但是，魔高一尺、道高一丈。当然有对应的技术可以应对反编译咯。但是，这里还是要说明一点，和网络安全的防护一样，无论做出多少努力，其实都只是提高攻击者的成本而已。无法彻底防治。
典型的应对策略有以下几种：
- 隔离java程序
- 让用户接触不到你的class文件
- 对class文件进行加密
- 提到破解难度
- 代码混淆
- 将代码转换成功能上等价，但是难于阅读和理解的形式
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对的支持。