NI
Uploaded byNTT DATA Technology & Innovation
1,818 views

バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？（JJUG CCC 2022 Spring 発表資料）

バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？ （JJUG CCC 2022 Spring 発表資料） 2022年6月19日（日） NTTデータ 技術開発本部 阪田 浩一

Embed presentation

© 2022 NTT DATA Corporation バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？ JJUG CCC 2022 Spring NTTデータ 阪田 浩一 2022年6月19日 • 想定視聴者： Javaプログラムを書いて実行したことがあればどなたもOK！ • セッション録画公開： 有 • スライド公開： 有 - SlideShare（https://www.slideshare.net/nttdata-tech）を予定
© 2022 NTT DATA Corporation 2 自己紹介 • Javaチャンピオン • OpenJDK Author • 通算パッチ 10数個 • 株式会社NTTデータ 所属 • JVMがとにかく好き Koichi Sakata 阪田 浩一 jyukutyo
© 2022 NTT DATA Corporation 3 このセッションで話すこと  話すこと • プログラムを実行するまでの過程 • Javaバイトコードの概要 • Javaバイトコードを確認する方法 • 実は身近なバイトコード操作
© 2022 NTT DATA Corporation 4 このセッションで話すこと 話さないこと  話すこと • プログラムを実行するまでの過程 • Javaバイトコードの概要 • Javaバイトコードを確認する方法 • 実は身近なバイトコード操作  話さないこと • バイトコード操作の具体的なコードおよび詳細 • クラスファイル自体の内容 • その他上級者が求める範囲の内容
© 2022 NTT DATA Corporation 5 このセッションのゴール  参加された方が Javaプログラムを実行する仕組みの一部として バイトコードの役割や意味を他者に説明できるようになること  注意事項 • Javaコードはほぼ登場しません • 説明のため厳密には正確でない表現をすることがあります
© 2022 NTT DATA Corporation 6 プログラムを書いてから 実行するまで
© 2022 NTT DATA Corporation 7 Javaプログラムを書いてから実行するまで Javaプログラムを書き ファイルに保存する
© 2022 NTT DATA Corporation 8 Javaプログラムを書いてから実行するまで Javaプログラムを書き ファイルに保存する コンパイルし クラスファイルを生成する クラスを指定して実行する 注： Java 11から単一ファイルのとき`java HelloWorld.java`で実行できますが 内部的な処理は上と同一です プログラムを実行するまでに Javaではなぜこの手順が必要なの？
© 2022 NTT DATA Corporation 9 ハードウェアでの命令実行 • 機械語（マシン語）しか理解しない もうJavaじゃなくて機械語でプログラムを書けば いいんじゃないの？
© 2022 NTT DATA Corporation 10 ハードウェアでの命令実行 • 機械語（マシン語）しか理解しない • 機械語は0と1からなり 読み書きが困難である • 機 械 語 は CPU ア ー キ テ ク チ ャ や 使 用 す る OS に よって異なる それは辛い… じゃあJavaはコンパイルすると 機械語を生成するの？
© 2022 NTT DATA Corporation 11 それはC言語 どうしてJavaはこのやり方にしなかったの？ Cプログラムを書き ファイルに保存する コンパイルし[1] 機械語を含んだ実行可能ファイルを生成する ファイルを指定して実行する [1]： プリプロセッサやリンカもコンパイラと一緒に動作しています
© 2022 NTT DATA Corporation 12 コンパイルで機械語を生成することの短所  コンパイルをした環境（OS CPU）でのみ動作する[1] • 実行可能ファイルを他の環境に配置しても実行できないということ - 再コンパイルを必要とする [1]： 正確には指定することで異なる環境向けにコンパイルできますが、今度はその環境でしか動作しません
© 2022 NTT DATA Corporation 13 コンパイルで機械語を生成することの短所  コンパイルをした環境（OS CPU）でのみ動作する[1] • 実行可能ファイルを他の環境に配置しても実行できないということ - 再コンパイルを必要とする [1]： 正確には指定することで異なる環境向けにコンパイルできますが、今度はその環境でしか動作しません 開発はmacOS 本番環境はLinux みたいなことがやりづらそう… そもそもコンパイルなんてなしにして プログラム実行時にソースコードから機械語に変えて 実行しちゃえばいいんじゃない？
© 2022 NTT DATA Corporation 14 インタープリタでの実行 def hello(name = "World") message = "Hello, " + name + ".¥n" puts message end hello() 1 2 3
© 2022 NTT DATA Corporation 15 インタープリタでの実行 def hello(name = "World") message = "Hello, " + name + ".¥n" puts message end hello() 1 2 3 • プ ロ グ ラ ム 実 行 時 に ソ ー ス コ ー ド [1] を 1 文 ず つ 機械語に変換し実行する（逐次解釈） • そのためこの手法を取るとコンパイルが不要となる • 実行時に解釈する処理は重く 動作が遅くなる インタ プリタ 実行 [1]： 厳密にはインタプリタの解釈の対象はソースコードに限定されるものではありません（後述） 注： RubyにはJITコンパイルでの実行もあります
© 2022 NTT DATA Corporation 16 2つのやり方とJava コンパイルして機械語を生成するやり方は 異なる環境で実行できない短所… インタープリタで逐次解釈するやり方は 動作が遅くなる短所…
© 2022 NTT DATA Corporation 17 2つのやり方とJava コンパイルして機械語を生成するやり方は 異なる環境で実行できない短所… インタープリタで逐次解釈するやり方は 動作が遅くなる短所… それにJavaのこと何も話していないよ！ Javaは2つの方式を合わせ持っている バイトコードは2つを合わせる手段である
© 2022 NTT DATA Corporation 18 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える
© 2022 NTT DATA Corporation 19 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える 機械語 • そ の ま ま ハ ー ド ウ ェ ア で 実行できるため 速い • 特 定 の 環 境 で の み 動作する
© 2022 NTT DATA Corporation 20 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える 機械語 • そ の ま ま ハ ー ド ウ ェ ア で 実行できるため 速い • 特 定 の 環 境 で の み 動作する ソースコードに比べて 機械語に変換しやすい ものにすれば 動作もある程度速く どんな環境でも利用できる 2つの中間に位置する そんなコードを作ろう！
© 2022 NTT DATA Corporation 21 Javaバイトコード  コンパイル時に生成する • javacなどでのコンパイルのこと
© 2022 NTT DATA Corporation 22 Javaバイトコード  コンパイル時に生成する • javacなどでのコンパイルのこと  JVM独自の表現なのでどんな環境でも利用できる • その代わりバイトコードの実行にはJVMが必要となる - JVMが多数のプラットフォームをサポートするため大きな問題ではない
© 2022 NTT DATA Corporation 23 Javaプログラムを実行するということ Javaコード Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル
© 2022 NTT DATA Corporation 24 Javaプログラムを実行するということ Javaコード 機械語 Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル JVMの インタプリタ 注： JVMにはJITコンパイルでの実行もあります
© 2022 NTT DATA Corporation 25 Javaプログラムを実行するということ Javaコード 機械語 Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル JVMの インタプリタ バイトコードはJavaコードよりは機械語に変換しやすいから インタプリタでの実行も向上する！ バイトコードは環境に依存しなから JVMがあればどこでも動く！ 注： JVMにはJITコンパイルでの実行もあります
© 2022 NTT DATA Corporation 26 JVMとJavaバイトコード
© 2022 NTT DATA Corporation 27 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • ハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている - スタックマシン
© 2022 NTT DATA Corporation 28 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • ハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている - スタックマシン • 例： 1 + 2の演算イメージ - 1、2という数値を 順にスタックに置き +という演算を スタックから2個の数値を取って 計算し結果をスタックに置く
© 2022 NTT DATA Corporation 29 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • もちろんハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている（スタックマシン） • 例： 1 + 2の演算イメージ - 最初スタックは空である - 1という数値を スタックに置く 1
© 2022 NTT DATA Corporation 30 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • もちろんハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている（スタックマシン） • 例： 1 + 2の演算イメージ - 1、2という数値を 順にスタックに置く +という演算は スタックから2個の数値を取り 結果をまたスタックに置く 1 1 2 3 2 1 + - int add(int a, int b)を使う呼び出し側も同じイメージでよい * 呼び出されたaddメソッド内の処理は別途あるけれども（詳細は後述）
© 2022 NTT DATA Corporation 31 JVMとJavaバイトコード  単純に言えばJavaバイトコードはJavaプログラムの内容を スタックでの処理として表現する
© 2022 NTT DATA Corporation 32 JVMとJavaバイトコード  単純に言えばJavaバイトコードはJavaプログラムの内容を スタックでの処理として表現する • スタックに何かを置いたり（プッシュ） 一番上から取ったり（ポップ） インスタンスを生成したり メソッドを呼び出したり など  その表現のために使用するのがバイトコードの命令セット
© 2022 NTT DATA Corporation 33 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5
© 2022 NTT DATA Corporation 34 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5 • 命令コード（オペコード）が1バイト長 - 1バイト = 28 = 256種類までしか定義できないことになる - Javaのリリース以来 追加した命令コードは1つだけ * Project Valhallaで2つ追加する見込み
© 2022 NTT DATA Corporation 35 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5 • 命令コード（オペコード）が1バイト長 - 1バイト = 28 = 256種類までしか定義できないことになる - Javaのリリース以来 追加した命令コードは1つだけ * Project Valhallaで2つ追加する見込み • 暗記する必要はとくにない - 型違い（プリミティブ型各種類と参照型で同じ内容）の命令コードも多い - スタックでの利用をイメージすると理解しやすい
© 2022 NTT DATA Corporation 36 Javaバイトコードの命令コードの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有）
© 2022 NTT DATA Corporation 37 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double  命令内容の例 const 定数をプッシュ add,sub,mul,div 2つポップしてそれらで 四則演算し結果をプッシュ [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 接頭辞にある型と命令を組み合わせで 数が多くなっているのか 命令の例：  iconst_1: スタックに定数1をプッシュ  idiv:スタックにあるint値を2つポップして除算 結果をスタックにプッシュ  fmul: スタックにあるfloat値を2つポップして乗算 結果をスタックにプッシュ
© 2022 NTT DATA Corporation 38 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double  命令内容の例 const 定数をプッシュ add,sub,mul,div 2つポップしてそれらで 四則演算し結果をプッシュ [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 1 + 2は 1. iconst_1 2. iconst_2 3. iadd となる 3 2 1 + 1 2 命令コードからスタックを操作する絵を描いてみると わかりやすいなあ
© 2022 NTT DATA Corporation 39 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double a... 参照型 *a... 1文字目の型の配列 ia...だとint配列  命令内容の例 const 定数をプッシュ load ローカル変数をプッシュ store ローカル変数に保存 return 戻り値として返す 2 プリミティブ型変換 (例: i2d) add,sub,mul,div 四則演算 neg 符号反転 [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 注： 各命令でスタックからのポップやスタックへのプッシュがあります 注： 接頭辞と命令内容のすべての組み合わせが 命令に存在するわけではありません
© 2022 NTT DATA Corporation 40 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } 引数aとbはどうなるの？ スタックにプッシュしたい  録画再生の方は停止して30秒間考えてみましょう
© 2022 NTT DATA Corporation 41 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } a b iload_1はローカル変数の1番目を スタックにプッシュするのか iconst_1の_1とは違うんだ 1. メソッド開始時スタックは空 2. iload_1 • 引数はローカル変数に保存されている - インスタンスメソッドではローカル変数の 0番にthis 1番目以降に引数の値が入っている 3. iload_2 - 引数の2つ目である2番目をプッシュ a
© 2022 NTT DATA Corporation 42 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } a+b b a + a b 1. メソッド開始時スタックは空 2. iload_1 • 引数はローカル変数に保存されている - インスタンスメソッドではローカル変数の 0番にthis 1番目以降に引数の値 3. iload_2 4. iadd 5. ireturn a メソッドの 呼び出し元へ
© 2022 NTT DATA Corporation 43 組み合わせでない命令の例  メソッド呼び出し invokestatic staticメソッド呼出 invokevirtual インスタンスメソッド invokespecial コンストラクタ、private、 スーパークラスメソッド invokeinterface インタフェースメソッド invokedynamic 動的に算出した コールサイトの呼出[1] [1]： 複雑な仕組みのためこのセッション内に理解する必要はありません invoke...はメソッド呼び出しと 捉えておけばいいか このinvokedynamicこそが 後から追加された唯一のバイトコード
© 2022 NTT DATA Corporation 44 組み合わせでない命令の例  メソッド呼び出し invokestatic staticメソッド呼出 invokevirtual インスタンスメソッド  他 new,newarray インスタンス生成 pop,pop2 スタックからポップ dup... 複製をプッシュ putfield,putstatic フィールドに値をセット ldc... Constant Poolの値をプッシュ monitorenter,monitorexit ロックの確保、解放 注：すべての命令は 記載していません invokespecial コンストラクタ、private、 スーパークラスメソッド invokeinterface インタフェースメソッド invokedynamic 動的に算出した コールサイトの呼出[1] [1]： 複雑な仕組みのためこのセッション内に理解する必要はありません
© 2022 NTT DATA Corporation 45 メソッド呼び出しのバイトコード表現を考えてみよう  録画再生の方は停止して30秒間考えてみましょう class Sample { int add(int a, int b) { return a + b; } } // 以下はメインメソッドの中とする Sample s = new Sample(); s.add(1, 2); 引数aとbはどうなるの？ スタックにプッシュしたい
© 2022 NTT DATA Corporation 46 メソッド呼び出しのバイトコード表現を考えてみよう class Sample { int add(int a, int b) { return a + b; } } // 以下はメインメソッドの中とする Sample s = new Sample(); int a = s.add(1, 2); #数字 はConstant Pool（定数プール） を番号で参照している クラス名 メソッド名なども CPに保持している 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 5. aload_1 6. iconst_1 7. iconst_2 8. invokevirtual #10 9. istore_2 10. return なぜdupして 複製するの？
© 2022 NTT DATA Corporation 47 インスタンス生成とコンストラクタ呼び出し  JVMではこの2つは別の処理 Sample s = new Sample(); 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 Sam Sam Sam newでSampleインスタンスへの 参照を積む
© 2022 NTT DATA Corporation 48 インスタンス生成とコンストラクタ呼び出し  JVMではこの2つは別の処理 Sample s = new Sample(); 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 Sam Sam Sam Sam Sam invokespecialで コンストラクタ 呼び出し Sam ローカル変数1に 保存  コンストラクタ実行 ローカル変数への保存 それぞれで参照を使用するため 複製して2つ用意した • 何かをするためにはスタックから取り出さなければならない newでSampleインスタンスへの 参照を積む
© 2022 NTT DATA Corporation 49 Javaバイトコードを 実際に見てみよう
© 2022 NTT DATA Corporation 50 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる • クラスファイルの中を見てみよう！
© 2022 NTT DATA Corporation 51 クラスファイルの中 - add()を呼び出すクラス げ、げぇー iconstとかiaddとかない どういうこと？？
© 2022 NTT DATA Corporation 52 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる  クラスファイルはバイナリファイル • テキストファイルではない
© 2022 NTT DATA Corporation 53 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる  クラスファイルはバイナリファイル • テキストファイルではない • 各バイトコード命令に対応する数字がファイルに含まれる iconst_1 4 (0x4) iconst_2 5 (0x5) iadd 96 (0x60) 今まで出てきたのは バイトコードのニーモニックということか… じゃあクラスファイルを逆アセンブルすればいい？
© 2022 NTT DATA Corporation 54 javapコマンド  クラスファイルを逆アセンブルするツール • https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/specs/man/javap.html • JDKに含まれる - JAVA_HOMEにパスを通していればすぐに使える
© 2022 NTT DATA Corporation 55 javapコマンド  クラスファイルを逆アセンブルするツール • https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/specs/man/javap.html • JDKに含まれる - JAVA_HOMEにパスを通していればすぐに使える • -c： コードを逆アセンブル または -v: 詳細に出力 を使う • 詳細は--helpで確認できる
© 2022 NTT DATA Corporation 56 javapコマンドでの逆アセンブル
© 2022 NTT DATA Corporation 57 Constant Poolも見れる  javap -v の出力に含まれる
© 2022 NTT DATA Corporation 58 <init>は コンストラクタのことを 指しているんだ
© 2022 NTT DATA Corporation 59 バイトコードの楽しみ方
© 2022 NTT DATA Corporation 60 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！
© 2022 NTT DATA Corporation 61 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！
© 2022 NTT DATA Corporation 62 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る
© 2022 NTT DATA Corporation 63 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る  新バージョンで同じ処理でも バイトコード表現に変更があることも
© 2022 NTT DATA Corporation 64 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る  新バージョンで同じ処理でも バイトコード表現に変更があることも - 例： ネストしたクラスを作り インナークラスから アウタークラスのprivateメソッドを呼び出すコード * Java 11で変わった（Nestmates/ネストメイト）
© 2022 NTT DATA Corporation 65 Nestmates public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
© 2022 NTT DATA Corporation 66 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
© 2022 NTT DATA Corporation 67
© 2022 NTT DATA Corporation 68 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る  Outerにaccess$000(Outer) というstaticメソッドが！？  InnerはOuterインスタンスを生成し access$000を呼び出している public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
© 2022 NTT DATA Corporation 69 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る  Outerにaccess$000(Outer) というstaticメソッドが！？  InnerはOuterインスタンスを 生成し access$000を 呼び出している  なぜこんなことを？ • フィールドまたはメソッドRにアクセス可能 なクラスまたはインタフェースDとは、以下 のことが真となる場合のみに限る。 • Rがprivateでその宣言がDにある。 - インナークラスにこのprivateメソッドは 宣言されていないため直接呼び出せない - JVM仕様 5.5.4 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms- 5.html#jvms-5.4.4 コンパイラが勝手に生成する メソッドを合成メソッドという public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
© 2022 NTT DATA Corporation 70 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
© 2022 NTT DATA Corporation 71 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る  何が変わった？ • Java 11でクラスファイルに新しい属性が追加された - ネスト関係をこの属性で把握できる $ javap -v Outer ... NestMembers: Outer$Inner $ javap -v Outer¥$Inner ... NestHost: class Outer
© 2022 NTT DATA Corporation 72 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る  何が変わった？ • Java 11でクラスファイルに新しい属性が追加された - ネスト関係をこの属性で把握できる $ javap -v Outer ... NestMembers: Outer$Inner $ javap -v Outer¥$Inner ... NestHost: class Outer • JVM仕様5.4.4も変更されている - R is private and is declared by a class or interface C that belongs to the same nest as D, according to the nestmate test below. * https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-5.html#jvms- 5.4.4 • この変更によりprivateメソッドが 直接呼び出せるようになった 私のブログにも書いています https://www.sakatakoichi.com/entry/java11nestmates
© 2022 NTT DATA Corporation 73 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！ ぎょ、ぎょえー これを手で書き換えるの？
© 2022 NTT DATA Corporation 74 バイトコード操作ライブラリ  ライブラリを使いJavaコードでバイトコード命令を書き換える • ASM https://asm.ow2.io/ • CGLIB https://github.com/cglib/cglib • Javassist https://www.javassist.org/ • Byte Buddy https://bytebuddy.net/#/ ASMはAPIの抽象度が低い Byte Buddyは抽象度が 高い
© 2022 NTT DATA Corporation 75 バイトコード操作ライブラリ  ライブラリを使いJavaコードでバイトコード命令を書き換える • ASM https://asm.ow2.io/ • CGLIB https://github.com/cglib/cglib • Javassist https://www.javassist.org/ • Byte Buddy https://bytebuddy.net/#/  操作手順イメージ 1. クラスファイルを読み込む 2. Javaコードでバイトコードを書き換える（処理の追加 変更 削除） 3. 書き換えた内容を適用する - コンパイル時やビルド時はクラスファイル出力 実行時はクラスロード ASMはAPIの抽象度が低い Byte Buddyは抽象度が 高いイメージ
© 2022 NTT DATA Corporation 76 ByteBuddyでの操作サンプルコード ByteBuddy byteBuddy = new ByteBuddy(); byteBuddy .redefine(TypePool.Default.of(classLoader).describe("a.b.Hello").resolve(), ClassFileLocator.ForClassLoader.of(classLoader)) .method(ElementMatchers.named("toString")) .intercept(FixedValue.value("transformed")) .make() .load(classLoader, ClassReloadingStrategy.of(inst)); // inst = java.lang.instrument.Instrumentationオブジェクト a.b.HelloクラスのtoString()メソッドを "transformed"と返すように書き換えたって感じに読める 最後はJDKのInstrument APIを使って 書き換えたクラスをロードさせて使われるようにした
© 2022 NTT DATA Corporation 77 ソースコードを直接変更すればいいのでは…？  そう！ でも変更したくない/できないケースもある • フレームワークやライブラリが アプリケーションで作成したクラスに 対して拡張を施したいとき - 例： Spring Hibernate • モックオブジェクトを作るとき - 例： jMockit Mockito * テストコード実行時にメソッドの内容をモック用に書き換えてしまうイメージ[1] 普段使っているフレームワークやライブラリでも バイトコードを操作しているんだ Bytecode Enhancement とも言う [1]： 新たにサブクラスを作るなどいろいろなやり方があります
© 2022 NTT DATA Corporation 78 バイトコードを知って何の意味があるの？  フレームワークが使うだけなら 私たちがバイトコードを知る必要はとくにないのでは… • 明日からすぐ業務に役立つ内容ではありません • ただし技術の習得には2つの側面があります - 車輪の両輪であり 2つをバランス良く習得することが大切です 使 い 方 を 学 ぶ 仕 組 み を 学 ぶ • 使用する技術がどのように実現 されているのかを学ぶこと • 実行の仕組み 設計概念 内部的表現 • 目 的 と す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 作成するためにそれをどのように 使えばよいかを学ぶこと • 言 語 構 文 FW の 設 定 ライブラリの使い方
© 2022 NTT DATA Corporation 本資料に記載されている会社名、商品名、又はサービス名は、各社の登録商標又は商標です。

More Related Content

PPTX
kubernetes初心者がKnative Lambda Runtime触ってみた（Kubernetes Novice Tokyo #13 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PPTX
本当は恐ろしい分散システムの話
byKumazaki Hiroki
 
PPTX
Kubernetesでの性能解析 ～なんとなく遅いからの脱却～（Kubernetes Meetup Tokyo #33 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
ツール比較しながら語る O/RマッパーとDBマイグレーションの実際のところ
byY Watanabe
 
PPTX
今こそ知りたいSpring Batch（Spring Fest 2020講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
ユーザーストーリー駆動開発で行こう。
bytoshihiro ichitani
 
PDF
PFN のオンプレML基盤の取り組み / オンプレML基盤 on Kubernetes 〜PFN、ヤフー〜
byPreferred Networks
 
PDF
Javaコードが速く実⾏される秘密 - JITコンパイラ⼊⾨（JJUG CCC 2020 Fall講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
kubernetes初心者がKnative Lambda Runtime触ってみた（Kubernetes Novice Tokyo #13 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
本当は恐ろしい分散システムの話
byKumazaki Hiroki
 
Kubernetesでの性能解析 ～なんとなく遅いからの脱却～（Kubernetes Meetup Tokyo #33 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
ツール比較しながら語る O/RマッパーとDBマイグレーションの実際のところ
byY Watanabe
 
今こそ知りたいSpring Batch（Spring Fest 2020講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
ユーザーストーリー駆動開発で行こう。
bytoshihiro ichitani
 
PFN のオンプレML基盤の取り組み / オンプレML基盤 on Kubernetes 〜PFN、ヤフー〜
byPreferred Networks
 
Javaコードが速く実⾏される秘密 - JITコンパイラ⼊⾨（JJUG CCC 2020 Fall講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 

What's hot

PPTX
Docker Tokyo
bycyberblack28 Ichikawa
 
PDF
オンラインゲームの仕組みと工夫
byYuta Imai
 
PDF
新たなgitのブランチモデル「Git Feature Flow」！Git Flow,Git Hub Flow,Git Lab Flowを超えれるか？
bynaoki koyama
 
PPTX
トランザクションの設計と進化
byKumazaki Hiroki
 
PDF
nginx入門
byTakashi Takizawa
 
PPTX
世の中のPostgreSQLエンジニアのpsql設定（第34回PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
Python 3.9からの新定番zoneinfoを使いこなそう
byRyuji Tsutsui
 
PDF
ストリーム処理を支えるキューイングシステムの選び方
byYoshiyasu SAEKI
 
PPTX
GitLab から GitLab に移行したときの思い出
by富士通クラウドテクノロジーズ株式会社
 
PPTX
ちゃんとした C# プログラムを書けるようになる実践的な方法～ Visual Studio を使った 高品質・低コスト・保守性の高い開発
by慎一 古賀
 
PPTX
どうやって決める？kubernetesでのシークレット管理方法（Cloud Native Days 2020 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PPTX
OSSプロジェクトへのコントリビューション はじめの一歩を踏み出そう!（Open Source Conference 2022 Online/Spring...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
なぜ、いま リレーショナルモデルなのか（理論から学ぶデータベース実践入門読書会スペシャル）
byMikiya Okuno
 
PPTX
DockerコンテナでGitを使う
byKazuhiro Suga
 
PDF
テスト文字列に「うんこ」と入れるな
byKentaro Matsui
 
PPTX
CEDEC2019 大規模モバイルゲーム運用におけるマスタデータ管理事例
bysairoutine
 
PPTX
PostgreSQLクエリ実行の基礎知識 ～Explainを読み解こう～
byMiki Shimogai
 
PDF
At least onceってぶっちゃけ問題の先送りだったよね #kafkajp
byYahoo!デベロッパーネットワーク
 
PDF
SQL大量発行処理をいかにして高速化するか
byShogo Wakayama
 
PPTX
9/14にリリースされたばかりの新LTS版Java 17、ここ3年間のJavaの変化を知ろう！（Open Source Conference 2021 O...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Docker Tokyo
bycyberblack28 Ichikawa
 
オンラインゲームの仕組みと工夫
byYuta Imai
 
新たなgitのブランチモデル「Git Feature Flow」！Git Flow,Git Hub Flow,Git Lab Flowを超えれるか？
bynaoki koyama
 
トランザクションの設計と進化
byKumazaki Hiroki
 
nginx入門
byTakashi Takizawa
 
世の中のPostgreSQLエンジニアのpsql設定（第34回PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Python 3.9からの新定番zoneinfoを使いこなそう
byRyuji Tsutsui
 
ストリーム処理を支えるキューイングシステムの選び方
byYoshiyasu SAEKI
 
GitLab から GitLab に移行したときの思い出
by富士通クラウドテクノロジーズ株式会社
 
ちゃんとした C# プログラムを書けるようになる実践的な方法～ Visual Studio を使った 高品質・低コスト・保守性の高い開発
by慎一 古賀
 
どうやって決める？kubernetesでのシークレット管理方法（Cloud Native Days 2020 発表資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
OSSプロジェクトへのコントリビューション はじめの一歩を踏み出そう!（Open Source Conference 2022 Online/Spring...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
なぜ、いま リレーショナルモデルなのか（理論から学ぶデータベース実践入門読書会スペシャル）
byMikiya Okuno
 
DockerコンテナでGitを使う
byKazuhiro Suga
 
テスト文字列に「うんこ」と入れるな
byKentaro Matsui
 
CEDEC2019 大規模モバイルゲーム運用におけるマスタデータ管理事例
bysairoutine
 
PostgreSQLクエリ実行の基礎知識 ～Explainを読み解こう～
byMiki Shimogai
 
At least onceってぶっちゃけ問題の先送りだったよね #kafkajp
byYahoo!デベロッパーネットワーク
 
SQL大量発行処理をいかにして高速化するか
byShogo Wakayama
 
9/14にリリースされたばかりの新LTS版Java 17、ここ3年間のJavaの変化を知ろう！（Open Source Conference 2021 O...
byNTT DATA Technology & Innovation
 

Similar to バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？（JJUG CCC 2022 Spring 発表資料）

PDF
DoActionからJava VMバイトコードに変換する話
byemorins
 
PDF
Dalvikバイトコードリファレンスの読み方 改訂版
byTakuya Matsunaga
 
PDF
静かに変わってきたクラスファイルを詳細に調べて楽しむ（JJUG CCC 2024 Fall講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PPTX
ネイティブコードを語る
byKenji Imasaki
 
PDF
Java 7 invokedynamic の概要
byTaku Miyakawa
 
PPTX
jvmlang.daitokai 1.0.0 MinCamlJを作ってみた
byKazuyoshi Kamitsukasa
 
PDF
Javaセキュアコーディングセミナー東京第1回 講義
byJPCERT Coordination Center
 
PDF
InvokeDynamic at #shikadriven 2012
byGo Tanaka
 
PPTX
JJUG CCC 2016 fall バイトコードが君のトモダチになりたがっている
byKoichi Sakata
 
PDF
COBOL技術者のためのJava勉強会
bynaka hide
 
PDF
Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck
byUehara Junji
 
PDF
Lambda: A Peek Under The Hood [Java Day Tokyo 2015 6-3]
byDavid Buck
 
PDF
JVMの中身を可視化してみた
byKengo Toda
 
PPTX
JEP280: Java 9 で文字列結合の処理が変わるぞ！準備はいいか！？ #jjug_ccc
byYujiSoftware
 
PDF
V6 unix in okinawa
bymagoroku Yamamoto
 
PDF
Java SE 7 InvokeDynamic in JRuby
byHiroshi Nakamura
 
PPTX
マシン語によるコード実行
bySatoshi Mimura
 
PDF
Var handles jjug_ccc_spring_2018
byDavid Buck
 
PDF
JDK 10 へようこそ
byDavid Buck
 
PDF
第2回勉強会スライド
bykoturn 0;
 
DoActionからJava VMバイトコードに変換する話
byemorins
 
Dalvikバイトコードリファレンスの読み方 改訂版
byTakuya Matsunaga
 
静かに変わってきたクラスファイルを詳細に調べて楽しむ（JJUG CCC 2024 Fall講演資料）
byNTT DATA Technology & Innovation
 
ネイティブコードを語る
byKenji Imasaki
 
Java 7 invokedynamic の概要
byTaku Miyakawa
 
jvmlang.daitokai 1.0.0 MinCamlJを作ってみた
byKazuyoshi Kamitsukasa
 
Javaセキュアコーディングセミナー東京第1回 講義
byJPCERT Coordination Center
 
InvokeDynamic at #shikadriven 2012
byGo Tanaka
 
JJUG CCC 2016 fall バイトコードが君のトモダチになりたがっている
byKoichi Sakata
 
COBOL技術者のためのJava勉強会
bynaka hide
 
Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck
byUehara Junji
 
Lambda: A Peek Under The Hood [Java Day Tokyo 2015 6-3]
byDavid Buck
 
JVMの中身を可視化してみた
byKengo Toda
 
JEP280: Java 9 で文字列結合の処理が変わるぞ！準備はいいか！？ #jjug_ccc
byYujiSoftware
 
V6 unix in okinawa
bymagoroku Yamamoto
 
Java SE 7 InvokeDynamic in JRuby
byHiroshi Nakamura
 
マシン語によるコード実行
bySatoshi Mimura
 
Var handles jjug_ccc_spring_2018
byDavid Buck
 
JDK 10 へようこそ
byDavid Buck
 
第2回勉強会スライド
bykoturn 0;
 

More from NTT DATA Technology & Innovation

PDF
強化されたEKSのオブザーバビリティ(AWS re:Invent 2025 re:cap LT 大会 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
基礎から学ぶ PostgreSQL の性能監視 (PostgreSQL Conference Japan 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
SAFe実践から見えた、フレームワークより大切な組織変革の道程(Scrum Fest Sendai 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
開発中の新機能 Spark Declarative Pipeline に飛びついてみたが難しかった(JEDAI DAIS Recap#2 講演資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
PostgreSQL18新機能紹介(db tech showcase 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
PGConf.dev 2025 参加レポート (JPUG総会併設セミナー2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
Can We Use Rust to Develop Extensions for PostgreSQL? (POSETTE: An Event for ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
つくって壊して直して学ぶ Database on Kubernetes (CloudNative Days Summer 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
2025年現在のNewSQL (最強DB講義 #36 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
Java in Japan: A Journey of Community, Culture, and Global Integration (JavaO...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
Unveiling the Hidden Layers of Java Class Files: Beyond Bytecode (Devnexus 2025)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
論理レプリケーションのアーキテクチャ (第52回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
実はアナタの身近にある！？ Linux のチェックポイント／レストア機能 (NTT Tech Conference 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
Apache Sparkに対するKubernetesのNUMAノードを意識したリソース割り当ての性能効果 (Open Source Conference ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
PostgreSQL最新動向 ～カラムナストアから生成AI連携まで～ (Open Source Conference 2025 Tokyo/Spring ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
pgbenchのスレッドとクライアント (第51回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
PostgreSQLのgitレポジトリから見える2024年の開発状況 (第51回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
ストリーム処理はデータを失うから怖い？それ、何とかできますよ！ 〜Apahe Kafkaを用いたストリーム処理における送達保証〜 (Open Source...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
生成AI時代のPostgreSQLハイブリッド検索 (第50回PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PDF
DAIS2024参加報告 ~Spark中心にしらべてみた~ (JEDAI DAIS Recap 講演資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
強化されたEKSのオブザーバビリティ(AWS re:Invent 2025 re:cap LT 大会 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
基礎から学ぶ PostgreSQL の性能監視 (PostgreSQL Conference Japan 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
SAFe実践から見えた、フレームワークより大切な組織変革の道程(Scrum Fest Sendai 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
開発中の新機能 Spark Declarative Pipeline に飛びついてみたが難しかった(JEDAI DAIS Recap#2 講演資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PostgreSQL18新機能紹介(db tech showcase 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PGConf.dev 2025 参加レポート (JPUG総会併設セミナー2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Can We Use Rust to Develop Extensions for PostgreSQL? (POSETTE: An Event for ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
つくって壊して直して学ぶ Database on Kubernetes (CloudNative Days Summer 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
2025年現在のNewSQL (最強DB講義 #36 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Java in Japan: A Journey of Community, Culture, and Global Integration (JavaO...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Unveiling the Hidden Layers of Java Class Files: Beyond Bytecode (Devnexus 2025)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
論理レプリケーションのアーキテクチャ (第52回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
実はアナタの身近にある！？ Linux のチェックポイント／レストア機能 (NTT Tech Conference 2025 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
Apache Sparkに対するKubernetesのNUMAノードを意識したリソース割り当ての性能効果 (Open Source Conference ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PostgreSQL最新動向 ～カラムナストアから生成AI連携まで～ (Open Source Conference 2025 Tokyo/Spring ...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
pgbenchのスレッドとクライアント (第51回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
PostgreSQLのgitレポジトリから見える2024年の開発状況 (第51回 PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
ストリーム処理はデータを失うから怖い？それ、何とかできますよ！ 〜Apahe Kafkaを用いたストリーム処理における送達保証〜 (Open Source...
byNTT DATA Technology & Innovation
 
生成AI時代のPostgreSQLハイブリッド検索 (第50回PostgreSQLアンカンファレンス@オンライン 発表資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 
DAIS2024参加報告 ~Spark中心にしらべてみた~ (JEDAI DAIS Recap 講演資料)
byNTT DATA Technology & Innovation
 

バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？（JJUG CCC 2022 Spring 発表資料）

  • 1.
    © 2022 NTTDATA Corporation バイトコードって言葉をよく目にするけど一体何なんだろう？ JJUG CCC 2022 Spring NTTデータ 阪田 浩一 2022年6月19日 • 想定視聴者： Javaプログラムを書いて実行したことがあればどなたもOK！ • セッション録画公開： 有 • スライド公開： 有 - SlideShare（https://www.slideshare.net/nttdata-tech）を予定
  • 2.
    © 2022 NTTDATA Corporation 2 自己紹介 • Javaチャンピオン • OpenJDK Author • 通算パッチ 10数個 • 株式会社NTTデータ 所属 • JVMがとにかく好き Koichi Sakata 阪田 浩一 jyukutyo
  • 3.
    © 2022 NTTDATA Corporation 3 このセッションで話すこと  話すこと • プログラムを実行するまでの過程 • Javaバイトコードの概要 • Javaバイトコードを確認する方法 • 実は身近なバイトコード操作
  • 4.
    © 2022 NTTDATA Corporation 4 このセッションで話すこと 話さないこと  話すこと • プログラムを実行するまでの過程 • Javaバイトコードの概要 • Javaバイトコードを確認する方法 • 実は身近なバイトコード操作  話さないこと • バイトコード操作の具体的なコードおよび詳細 • クラスファイル自体の内容 • その他上級者が求める範囲の内容
  • 5.
    © 2022 NTTDATA Corporation 5 このセッションのゴール  参加された方が Javaプログラムを実行する仕組みの一部として バイトコードの役割や意味を他者に説明できるようになること  注意事項 • Javaコードはほぼ登場しません • 説明のため厳密には正確でない表現をすることがあります
  • 6.
    © 2022 NTTDATA Corporation 6 プログラムを書いてから 実行するまで
  • 7.
    © 2022 NTTDATA Corporation 7 Javaプログラムを書いてから実行するまで Javaプログラムを書き ファイルに保存する
  • 8.
    © 2022 NTTDATA Corporation 8 Javaプログラムを書いてから実行するまで Javaプログラムを書き ファイルに保存する コンパイルし クラスファイルを生成する クラスを指定して実行する 注： Java 11から単一ファイルのとき`java HelloWorld.java`で実行できますが 内部的な処理は上と同一です プログラムを実行するまでに Javaではなぜこの手順が必要なの？
  • 9.
    © 2022 NTTDATA Corporation 9 ハードウェアでの命令実行 • 機械語（マシン語）しか理解しない もうJavaじゃなくて機械語でプログラムを書けば いいんじゃないの？
  • 10.
    © 2022 NTTDATA Corporation 10 ハードウェアでの命令実行 • 機械語（マシン語）しか理解しない • 機械語は0と1からなり 読み書きが困難である • 機 械 語 は CPU ア ー キ テ ク チ ャ や 使 用 す る OS に よって異なる それは辛い… じゃあJavaはコンパイルすると 機械語を生成するの？
  • 11.
    © 2022 NTTDATA Corporation 11 それはC言語 どうしてJavaはこのやり方にしなかったの？ Cプログラムを書き ファイルに保存する コンパイルし[1] 機械語を含んだ実行可能ファイルを生成する ファイルを指定して実行する [1]： プリプロセッサやリンカもコンパイラと一緒に動作しています
  • 12.
    © 2022 NTTDATA Corporation 12 コンパイルで機械語を生成することの短所  コンパイルをした環境（OS CPU）でのみ動作する[1] • 実行可能ファイルを他の環境に配置しても実行できないということ - 再コンパイルを必要とする [1]： 正確には指定することで異なる環境向けにコンパイルできますが、今度はその環境でしか動作しません
  • 13.
    © 2022 NTTDATA Corporation 13 コンパイルで機械語を生成することの短所  コンパイルをした環境（OS CPU）でのみ動作する[1] • 実行可能ファイルを他の環境に配置しても実行できないということ - 再コンパイルを必要とする [1]： 正確には指定することで異なる環境向けにコンパイルできますが、今度はその環境でしか動作しません 開発はmacOS 本番環境はLinux みたいなことがやりづらそう… そもそもコンパイルなんてなしにして プログラム実行時にソースコードから機械語に変えて 実行しちゃえばいいんじゃない？
  • 14.
    © 2022 NTTDATA Corporation 14 インタープリタでの実行 def hello(name = "World") message = "Hello, " + name + ".¥n" puts message end hello() 1 2 3
  • 15.
    © 2022 NTTDATA Corporation 15 インタープリタでの実行 def hello(name = "World") message = "Hello, " + name + ".¥n" puts message end hello() 1 2 3 • プ ロ グ ラ ム 実 行 時 に ソ ー ス コ ー ド [1] を 1 文 ず つ 機械語に変換し実行する（逐次解釈） • そのためこの手法を取るとコンパイルが不要となる • 実行時に解釈する処理は重く 動作が遅くなる インタ プリタ 実行 [1]： 厳密にはインタプリタの解釈の対象はソースコードに限定されるものではありません（後述） 注： RubyにはJITコンパイルでの実行もあります
  • 16.
    © 2022 NTTDATA Corporation 16 2つのやり方とJava コンパイルして機械語を生成するやり方は 異なる環境で実行できない短所… インタープリタで逐次解釈するやり方は 動作が遅くなる短所…
  • 17.
    © 2022 NTTDATA Corporation 17 2つのやり方とJava コンパイルして機械語を生成するやり方は 異なる環境で実行できない短所… インタープリタで逐次解釈するやり方は 動作が遅くなる短所… それにJavaのこと何も話していないよ！ Javaは2つの方式を合わせ持っている バイトコードは2つを合わせる手段である
  • 18.
    © 2022 NTTDATA Corporation 18 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える
  • 19.
    © 2022 NTTDATA Corporation 19 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える 機械語 • そ の ま ま ハ ー ド ウ ェ ア で 実行できるため 速い • 特 定 の 環 境 で の み 動作する
  • 20.
    © 2022 NTTDATA Corporation 20 Javaコードと機械語 Javaコード • 機 械 語 に 変 え る の は 時間がかかる • テ キ ス ト フ ァ イ ル な の で どんなOSでも扱える 機械語 • そ の ま ま ハ ー ド ウ ェ ア で 実行できるため 速い • 特 定 の 環 境 で の み 動作する ソースコードに比べて 機械語に変換しやすい ものにすれば 動作もある程度速く どんな環境でも利用できる 2つの中間に位置する そんなコードを作ろう！
  • 21.
    © 2022 NTTDATA Corporation 21 Javaバイトコード  コンパイル時に生成する • javacなどでのコンパイルのこと
  • 22.
    © 2022 NTTDATA Corporation 22 Javaバイトコード  コンパイル時に生成する • javacなどでのコンパイルのこと  JVM独自の表現なのでどんな環境でも利用できる • その代わりバイトコードの実行にはJVMが必要となる - JVMが多数のプラットフォームをサポートするため大きな問題ではない
  • 23.
    © 2022 NTTDATA Corporation 23 Javaプログラムを実行するということ Javaコード Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル
  • 24.
    © 2022 NTTDATA Corporation 24 Javaプログラムを実行するということ Javaコード 機械語 Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル JVMの インタプリタ 注： JVMにはJITコンパイルでの実行もあります
  • 25.
    © 2022 NTTDATA Corporation 25 Javaプログラムを実行するということ Javaコード 機械語 Javaバイトコード CAFE BABE 0000 javacなどでの コンパイル JVMの インタプリタ バイトコードはJavaコードよりは機械語に変換しやすいから インタプリタでの実行も向上する！ バイトコードは環境に依存しなから JVMがあればどこでも動く！ 注： JVMにはJITコンパイルでの実行もあります
  • 26.
    © 2022 NTTDATA Corporation 26 JVMとJavaバイトコード
  • 27.
    © 2022 NTTDATA Corporation 27 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • ハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている - スタックマシン
  • 28.
    © 2022 NTTDATA Corporation 28 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • ハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている - スタックマシン • 例： 1 + 2の演算イメージ - 1、2という数値を 順にスタックに置き +という演算を スタックから2個の数値を取って 計算し結果をスタックに置く
  • 29.
    © 2022 NTTDATA Corporation 29 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • もちろんハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている（スタックマシン） • 例： 1 + 2の演算イメージ - 最初スタックは空である - 1という数値を スタックに置く 1
  • 30.
    © 2022 NTTDATA Corporation 30 JVMでの演算  JVMは「スタック」上で演算をする • もちろんハードウェア上ではCPUとメモリを使って処理をしているが 計算モデルとしてそう設計されている（スタックマシン） • 例： 1 + 2の演算イメージ - 1、2という数値を 順にスタックに置く +という演算は スタックから2個の数値を取り 結果をまたスタックに置く 1 1 2 3 2 1 + - int add(int a, int b)を使う呼び出し側も同じイメージでよい * 呼び出されたaddメソッド内の処理は別途あるけれども（詳細は後述）
  • 31.
    © 2022 NTTDATA Corporation 31 JVMとJavaバイトコード  単純に言えばJavaバイトコードはJavaプログラムの内容を スタックでの処理として表現する
  • 32.
    © 2022 NTTDATA Corporation 32 JVMとJavaバイトコード  単純に言えばJavaバイトコードはJavaプログラムの内容を スタックでの処理として表現する • スタックに何かを置いたり（プッシュ） 一番上から取ったり（ポップ） インスタンスを生成したり メソッドを呼び出したり など  その表現のために使用するのがバイトコードの命令セット
  • 33.
    © 2022 NTTDATA Corporation 33 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5
  • 34.
    © 2022 NTTDATA Corporation 34 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5 • 命令コード（オペコード）が1バイト長 - 1バイト = 28 = 256種類までしか定義できないことになる - Javaのリリース以来 追加した命令コードは1つだけ * Project Valhallaで2つ追加する見込み
  • 35.
    © 2022 NTTDATA Corporation 35 Javaバイトコードの命令セット  200種類以上ある • Java仮想マシン（JVM）仕様に定義されている - https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-6.html#jvms-6.5 • 命令コード（オペコード）が1バイト長 - 1バイト = 28 = 256種類までしか定義できないことになる - Javaのリリース以来 追加した命令コードは1つだけ * Project Valhallaで2つ追加する見込み • 暗記する必要はとくにない - 型違い（プリミティブ型各種類と参照型で同じ内容）の命令コードも多い - スタックでの利用をイメージすると理解しやすい
  • 36.
    © 2022 NTTDATA Corporation 36 Javaバイトコードの命令コードの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有）
  • 37.
    © 2022 NTTDATA Corporation 37 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double  命令内容の例 const 定数をプッシュ add,sub,mul,div 2つポップしてそれらで 四則演算し結果をプッシュ [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 接頭辞にある型と命令を組み合わせで 数が多くなっているのか 命令の例：  iconst_1: スタックに定数1をプッシュ  idiv:スタックにあるint値を2つポップして除算 結果をスタックにプッシュ  fmul: スタックにあるfloat値を2つポップして乗算 結果をスタックにプッシュ
  • 38.
    © 2022 NTTDATA Corporation 38 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double  命令内容の例 const 定数をプッシュ add,sub,mul,div 2つポップしてそれらで 四則演算し結果をプッシュ [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 1 + 2は 1. iconst_1 2. iconst_2 3. iadd となる 3 2 1 + 1 2 命令コードからスタックを操作する絵を描いてみると わかりやすいなあ
  • 39.
    © 2022 NTTDATA Corporation 39 Javaバイトコードの命令セットの読み方  接頭辞の例 i... int[1] l... long f... float d... double a... 参照型 *a... 1文字目の型の配列 ia...だとint配列  命令内容の例 const 定数をプッシュ load ローカル変数をプッシュ store ローカル変数に保存 return 戻り値として返す 2 プリミティブ型変換 (例: i2d) add,sub,mul,div 四則演算 neg 符号反転 [1]： intの他byte、short、char、booleanなどもJVMではintで扱います（例外有） 注： 各命令でスタックからのポップやスタックへのプッシュがあります 注： 接頭辞と命令内容のすべての組み合わせが 命令に存在するわけではありません
  • 40.
    © 2022 NTTDATA Corporation 40 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } 引数aとbはどうなるの？ スタックにプッシュしたい  録画再生の方は停止して30秒間考えてみましょう
  • 41.
    © 2022 NTTDATA Corporation 41 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } a b iload_1はローカル変数の1番目を スタックにプッシュするのか iconst_1の_1とは違うんだ 1. メソッド開始時スタックは空 2. iload_1 • 引数はローカル変数に保存されている - インスタンスメソッドではローカル変数の 0番にthis 1番目以降に引数の値が入っている 3. iload_2 - 引数の2つ目である2番目をプッシュ a
  • 42.
    © 2022 NTTDATA Corporation 42 メソッド処理のバイトコード表現を考えてみよう int add(int a, int b) { return a + b; } a+b b a + a b 1. メソッド開始時スタックは空 2. iload_1 • 引数はローカル変数に保存されている - インスタンスメソッドではローカル変数の 0番にthis 1番目以降に引数の値 3. iload_2 4. iadd 5. ireturn a メソッドの 呼び出し元へ
  • 43.
    © 2022 NTTDATA Corporation 43 組み合わせでない命令の例  メソッド呼び出し invokestatic staticメソッド呼出 invokevirtual インスタンスメソッド invokespecial コンストラクタ、private、 スーパークラスメソッド invokeinterface インタフェースメソッド invokedynamic 動的に算出した コールサイトの呼出[1] [1]： 複雑な仕組みのためこのセッション内に理解する必要はありません invoke...はメソッド呼び出しと 捉えておけばいいか このinvokedynamicこそが 後から追加された唯一のバイトコード
  • 44.
    © 2022 NTTDATA Corporation 44 組み合わせでない命令の例  メソッド呼び出し invokestatic staticメソッド呼出 invokevirtual インスタンスメソッド  他 new,newarray インスタンス生成 pop,pop2 スタックからポップ dup... 複製をプッシュ putfield,putstatic フィールドに値をセット ldc... Constant Poolの値をプッシュ monitorenter,monitorexit ロックの確保、解放 注：すべての命令は 記載していません invokespecial コンストラクタ、private、 スーパークラスメソッド invokeinterface インタフェースメソッド invokedynamic 動的に算出した コールサイトの呼出[1] [1]： 複雑な仕組みのためこのセッション内に理解する必要はありません
  • 45.
    © 2022 NTTDATA Corporation 45 メソッド呼び出しのバイトコード表現を考えてみよう  録画再生の方は停止して30秒間考えてみましょう class Sample { int add(int a, int b) { return a + b; } } // 以下はメインメソッドの中とする Sample s = new Sample(); s.add(1, 2); 引数aとbはどうなるの？ スタックにプッシュしたい
  • 46.
    © 2022 NTTDATA Corporation 46 メソッド呼び出しのバイトコード表現を考えてみよう class Sample { int add(int a, int b) { return a + b; } } // 以下はメインメソッドの中とする Sample s = new Sample(); int a = s.add(1, 2); #数字 はConstant Pool（定数プール） を番号で参照している クラス名 メソッド名なども CPに保持している 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 5. aload_1 6. iconst_1 7. iconst_2 8. invokevirtual #10 9. istore_2 10. return なぜdupして 複製するの？
  • 47.
    © 2022 NTTDATA Corporation 47 インスタンス生成とコンストラクタ呼び出し  JVMではこの2つは別の処理 Sample s = new Sample(); 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 Sam Sam Sam newでSampleインスタンスへの 参照を積む
  • 48.
    © 2022 NTTDATA Corporation 48 インスタンス生成とコンストラクタ呼び出し  JVMではこの2つは別の処理 Sample s = new Sample(); 1. new #7 2. dup 3. invokespecial #9 4. astore_1 Sam Sam Sam Sam Sam invokespecialで コンストラクタ 呼び出し Sam ローカル変数1に 保存  コンストラクタ実行 ローカル変数への保存 それぞれで参照を使用するため 複製して2つ用意した • 何かをするためにはスタックから取り出さなければならない newでSampleインスタンスへの 参照を積む
  • 49.
    © 2022 NTTDATA Corporation 49 Javaバイトコードを 実際に見てみよう
  • 50.
    © 2022 NTTDATA Corporation 50 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる • クラスファイルの中を見てみよう！
  • 51.
    © 2022 NTTDATA Corporation 51 クラスファイルの中 - add()を呼び出すクラス げ、げぇー iconstとかiaddとかない どういうこと？？
  • 52.
    © 2022 NTTDATA Corporation 52 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる  クラスファイルはバイナリファイル • テキストファイルではない
  • 53.
    © 2022 NTTDATA Corporation 53 Javaバイトコードとクラスファイル  バイトコードはクラスファイルに含まれる  クラスファイルはバイナリファイル • テキストファイルではない • 各バイトコード命令に対応する数字がファイルに含まれる iconst_1 4 (0x4) iconst_2 5 (0x5) iadd 96 (0x60) 今まで出てきたのは バイトコードのニーモニックということか… じゃあクラスファイルを逆アセンブルすればいい？
  • 54.
    © 2022 NTTDATA Corporation 54 javapコマンド  クラスファイルを逆アセンブルするツール • https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/specs/man/javap.html • JDKに含まれる - JAVA_HOMEにパスを通していればすぐに使える
  • 55.
    © 2022 NTTDATA Corporation 55 javapコマンド  クラスファイルを逆アセンブルするツール • https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/specs/man/javap.html • JDKに含まれる - JAVA_HOMEにパスを通していればすぐに使える • -c： コードを逆アセンブル または -v: 詳細に出力 を使う • 詳細は--helpで確認できる
  • 56.
    © 2022 NTTDATA Corporation 56 javapコマンドでの逆アセンブル
  • 57.
    © 2022 NTTDATA Corporation 57 Constant Poolも見れる  javap -v の出力に含まれる
  • 58.
    © 2022 NTTDATA Corporation 58 <init>は コンストラクタのことを 指しているんだ
  • 59.
    © 2022 NTTDATA Corporation 59 バイトコードの楽しみ方
  • 60.
    © 2022 NTTDATA Corporation 60 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！
  • 61.
    © 2022 NTTDATA Corporation 61 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！
  • 62.
    © 2022 NTTDATA Corporation 62 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る
  • 63.
    © 2022 NTTDATA Corporation 63 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る  新バージョンで同じ処理でも バイトコード表現に変更があることも
  • 64.
    © 2022 NTTDATA Corporation 64 バイトコードを読む  Javaの新バージョンリリースで新機能が出た • 新機能を使うコードを書いてバイトコードを見る  新バージョンで同じ処理でも バイトコード表現に変更があることも - 例： ネストしたクラスを作り インナークラスから アウタークラスのprivateメソッドを呼び出すコード * Java 11で変わった（Nestmates/ネストメイト）
  • 65.
    © 2022 NTTDATA Corporation 65 Nestmates public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
  • 66.
    © 2022 NTTDATA Corporation 66 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
  • 67.
    © 2022 NTTDATA Corporation 67
  • 68.
    © 2022 NTTDATA Corporation 68 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る  Outerにaccess$000(Outer) というstaticメソッドが！？  InnerはOuterインスタンスを生成し access$000を呼び出している public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
  • 69.
    © 2022 NTTDATA Corporation 69 Java 8でコンパイルした結果をjavapで見る  Outerにaccess$000(Outer) というstaticメソッドが！？  InnerはOuterインスタンスを 生成し access$000を 呼び出している  なぜこんなことを？ • フィールドまたはメソッドRにアクセス可能 なクラスまたはインタフェースDとは、以下 のことが真となる場合のみに限る。 • Rがprivateでその宣言がDにある。 - インナークラスにこのprivateメソッドは 宣言されていないため直接呼び出せない - JVM仕様 5.5.4 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms- 5.html#jvms-5.4.4 コンパイラが勝手に生成する メソッドを合成メソッドという public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
  • 70.
    © 2022 NTTDATA Corporation 70 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る public class Outer { private void m_outerpriv() { System.out.println("called m_outerpriv"); } class Inner { public void test() { new Outer().m_outerpriv(); } } public static void main(String[] args) { new Outer().new Inner().test(); } }
  • 71.
    © 2022 NTTDATA Corporation 71 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る  何が変わった？ • Java 11でクラスファイルに新しい属性が追加された - ネスト関係をこの属性で把握できる $ javap -v Outer ... NestMembers: Outer$Inner $ javap -v Outer¥$Inner ... NestHost: class Outer
  • 72.
    © 2022 NTTDATA Corporation 72 Java 11以降でコンパイルした結果をjavapで見る  何が変わった？ • Java 11でクラスファイルに新しい属性が追加された - ネスト関係をこの属性で把握できる $ javap -v Outer ... NestMembers: Outer$Inner $ javap -v Outer¥$Inner ... NestHost: class Outer • JVM仕様5.4.4も変更されている - R is private and is declared by a class or interface C that belongs to the same nest as D, according to the nestmate test below. * https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se18/html/jvms-5.html#jvms- 5.4.4 • この変更によりprivateメソッドが 直接呼び出せるようになった 私のブログにも書いています https://www.sakatakoichi.com/entry/java11nestmates
  • 73.
    © 2022 NTTDATA Corporation 73 バイトコードの楽しみ方 1. 読む！ 2. 書き換える！ ぎょ、ぎょえー これを手で書き換えるの？
  • 74.
    © 2022 NTTDATA Corporation 74 バイトコード操作ライブラリ  ライブラリを使いJavaコードでバイトコード命令を書き換える • ASM https://asm.ow2.io/ • CGLIB https://github.com/cglib/cglib • Javassist https://www.javassist.org/ • Byte Buddy https://bytebuddy.net/#/ ASMはAPIの抽象度が低い Byte Buddyは抽象度が 高い
  • 75.
    © 2022 NTTDATA Corporation 75 バイトコード操作ライブラリ  ライブラリを使いJavaコードでバイトコード命令を書き換える • ASM https://asm.ow2.io/ • CGLIB https://github.com/cglib/cglib • Javassist https://www.javassist.org/ • Byte Buddy https://bytebuddy.net/#/  操作手順イメージ 1. クラスファイルを読み込む 2. Javaコードでバイトコードを書き換える（処理の追加 変更 削除） 3. 書き換えた内容を適用する - コンパイル時やビルド時はクラスファイル出力 実行時はクラスロード ASMはAPIの抽象度が低い Byte Buddyは抽象度が 高いイメージ
  • 76.
    © 2022 NTTDATA Corporation 76 ByteBuddyでの操作サンプルコード ByteBuddy byteBuddy = new ByteBuddy(); byteBuddy .redefine(TypePool.Default.of(classLoader).describe("a.b.Hello").resolve(), ClassFileLocator.ForClassLoader.of(classLoader)) .method(ElementMatchers.named("toString")) .intercept(FixedValue.value("transformed")) .make() .load(classLoader, ClassReloadingStrategy.of(inst)); // inst = java.lang.instrument.Instrumentationオブジェクト a.b.HelloクラスのtoString()メソッドを "transformed"と返すように書き換えたって感じに読める 最後はJDKのInstrument APIを使って 書き換えたクラスをロードさせて使われるようにした
  • 77.
    © 2022 NTTDATA Corporation 77 ソースコードを直接変更すればいいのでは…？  そう！ でも変更したくない/できないケースもある • フレームワークやライブラリが アプリケーションで作成したクラスに 対して拡張を施したいとき - 例： Spring Hibernate • モックオブジェクトを作るとき - 例： jMockit Mockito * テストコード実行時にメソッドの内容をモック用に書き換えてしまうイメージ[1] 普段使っているフレームワークやライブラリでも バイトコードを操作しているんだ Bytecode Enhancement とも言う [1]： 新たにサブクラスを作るなどいろいろなやり方があります
  • 78.
    © 2022 NTTDATA Corporation 78 バイトコードを知って何の意味があるの？  フレームワークが使うだけなら 私たちがバイトコードを知る必要はとくにないのでは… • 明日からすぐ業務に役立つ内容ではありません • ただし技術の習得には2つの側面があります - 車輪の両輪であり 2つをバランス良く習得することが大切です 使 い 方 を 学 ぶ 仕 組 み を 学 ぶ • 使用する技術がどのように実現 されているのかを学ぶこと • 実行の仕組み 設計概念 内部的表現 • 目 的 と す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 作成するためにそれをどのように 使えばよいかを学ぶこと • 言 語 構 文 FW の 設 定 ライブラリの使い方
  • 79.
    © 2022 NTTDATA Corporation 本資料に記載されている会社名、商品名、又はサービス名は、各社の登録商標又は商標です。