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CFR（ Java 反编译器）---＞ lambda 表达式底层实现机制

news 文章来源：https://blog.csdn.net/wangnanwlw/article/details/142603383 2024/11/21 1:40:53

一、安装教程

CFR（Class File Reader）是一个流行的Java反编译器，它可以将编译后的.class文件或整个.jar文件转换回Java源代码。以下是CFR的下载和使用教程：

下载CFR

访问CFR的官方网站或GitHub仓库：CFR的最新版本和所有历史版本都可以在其GitHub仓库中找到。访问 CFR的GitHub页面。
选择版本并下载：在GitHub仓库中，点击“Releases”部分，找到你想要下载的版本。通常，你应该下载最新的稳定版本。点击对应版本旁边的.jar文件链接进行下载。

使用CFR反编译`.class`文件

一旦你下载了CFR的.jar文件，你就可以使用Java命令行工具来运行它并反编译.class文件或.jar文件。确保你的计算机上已经安装了Java。

打开命令行工具：在Windows上，你可以使用CMD或PowerShell；在macOS或Linux上，使用Terminal。
使用CFR反编译.class文件：在命令行中，导航到包含CFR .jar文件的目录。使用以下命令反编译单个.class文件：
```
java -jar cfr-0.152.jar path/to/YourClass.class
```
将cfr-0.152.jar替换为你下载的CFR版本的实际文件名，将path/to/YourClass.class替换为你想要反编译的.class文件的路径。
使用CFR反编译.jar文件：CFR也可以反编译整个.jar文件中的所有类。使用以下命令：
```
java -jar cfr-0.152.jar path/to/your-archive.jar
```
将path/to/your-archive.jar替换为你想要反编译的.jar文件的路径。

高级用法

CFR提供了许多命令行选项，允许你定制反编译过程。例如，你可以控制是否显示局部变量名、是否解包枚举等。要查看所有可用的选项，运行：

java -jar cfr-0.152.jar --help

这将列出所有支持的选项及其描述。

注意事项

反编译的代码可能与原始源代码在某些细节上有所不同，特别是变量名和某些代码结构可能会因编译过程中的优化而改变。
使用反编译器查看代码主要用于学习和分析目的。如果你打算使用反编译的代码作为你自己的项目的一部分，请确保你有权这样做，以避免侵犯版权。

CFR是一个非常强大的工具，适用于需要深入理解编译后的Java代码的开发者。

二、使用帮助介绍

java -jar cfr-0.152.jar --help

2.1 help选项介绍

% java -jar cfr-0.152.jar --help
CFR 0.152--aexagg                         (boolean)--aexagg2                        (boolean)--aggressivedocopy               (int >= 0)  default: 0--aggressivedoextension          (boolean)--aggressiveduff                 (boolean)--aggressivesizethreshold        (int >= 0)  default: 13000--allowcorrecting                (boolean)  default: true--allowmalformedswitch           (boolean)--analyseas                      (One of [DETECT, JAR, WAR, CLASS])--antiobf                        (boolean)  default: false--arrayiter                      (boolean)  default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--caseinsensitivefs              (boolean)  default: true--clobber                        (boolean)--collectioniter                 (boolean)  default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--commentmonitors                (boolean)  default: false--comments                       (boolean)  default: true--constobf                       (boolean)  default: Value of option 'antiobf'--decodeenumswitch               (boolean)  default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--decodefinally                  (boolean)  default: true--decodelambdas                  (boolean)  default: true if class file from version 52.0 (Java 8) or greater--decodestringswitch             (boolean)  default: true if class file from version 51.0 (Java 7) or greater--dumpclasspath                  (boolean)  default: false--eclipse                        (boolean)  default: true--elidescala                     (boolean)  default: false--extraclasspath                 (string)--forbidanonymousclasses         (boolean)  default: false--forbidmethodscopedclasses      (boolean)  default: false--forceclassfilever              (string, specifying either java version as 'j6', 'j1.0', or classfile as '56', '56.65535')--forcecondpropagate             (boolean)--forceexceptionprune            (boolean)--forcereturningifs              (boolean)--forcetopsort                   (boolean)--forcetopsortaggress            (boolean)--forcetopsortnopull             (boolean)--forloopaggcapture              (boolean)--hidebridgemethods              (boolean)  default: Value of option 'obfattr'--hidelangimports                (boolean)  default: true--hidelongstrings                (boolean)  default: false--hideutf                        (boolean)  default: true--ignoreexceptions               (boolean)  default: false--ignoreexceptionsalways         (boolean)  default: false--importfilter                   (string)--innerclasses                   (boolean)  default: true--instanceofpattern              (boolean)  default: true if class file from version 60.0 (Java 16) or greater, or experimental in 58.0 (Java 14), 59.0 (Java 15)--j14classobj                    (boolean)  default: false if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--jarfilter                      (string)--labelledblocks                 (boolean)  default: true--lenient                        (boolean)  default: false--liftconstructorinit            (boolean)  default: true--lomem                          (boolean)  default: false--methodname                     (string)--obfattr                        (boolean)  default: Value of option 'antiobf'--obfcontrol                     (boolean)  default: Value of option 'antiobf'--obfuscationpath                (string)--outputdir                      (string)--outputencoding                 (string)--outputpath                     (string)--override                       (boolean)  default: true if class file from version 50.0 (Java 6) or greater--previewfeatures                (boolean)  default: true--pullcodecase                   (boolean)  default: false--recordtypes                    (boolean)  default: true if class file from version 60.0 (Java 16) or greater, or experimental in 58.0 (Java 14), 59.0 (Java 15)--recover                        (boolean)  default: true--recovertypeclash               (boolean)--recovertypehints               (boolean)--reducecondscope                (boolean)--relinkconst                    (boolean)  default: true--relinkconststring              (boolean)  default: Value of option 'relinkconst'--removebadgenerics              (boolean)  default: true--removeboilerplate              (boolean)  default: true--removedeadconditionals         (boolean)--removedeadmethods              (boolean)  default: true--removeinnerclasssynthetics     (boolean)  default: true--rename                         (boolean)  default: false--renamedupmembers               (boolean)  default: Value of option 'rename'--renameenumidents               (boolean)  default: Value of option 'rename'--renameillegalidents            (boolean)  default: Value of option 'rename'--renamesmallmembers             (int >= 0)  default: 0--sealed                         (boolean)  default: true if class file from version 62.0 (Java 18) or greater, or experimental in 60.0 (Java 16), 61.0 (Java 17)--showinferrable                 (boolean)  default: false if class file from version 51.0 (Java 7) or greater--showversion                    (boolean)  default: true--silent                         (boolean)  default: false--skipbatchinnerclasses          (boolean)  default: true--staticinitreturn               (boolean)  default: true--stringbuffer                   (boolean)  default: false if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--stringbuilder                  (boolean)  default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--stringconcat                   (boolean)  default: true if class file from version 53.0 (Java 9) or greater--sugarasserts                   (boolean)  default: true--sugarboxing                    (boolean)  default: true--sugarenums                     (boolean)  default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater--sugarretrolambda               (boolean)  default: false--switchexpression               (boolean)  default: true if class file from version 58.0 (Java 14) or greater, or experimental in 56.0 (Java 12), 57.0 (Java 13)--tidymonitors                   (boolean)  default: true--trackbytecodeloc               (boolean)  default: false--tryresources                   (boolean)  default: true if class file from version 51.0 (Java 7) or greater--usenametable                   (boolean)  default: true--usesignatures                  (boolean)  default: true--version                        (boolean)  default: true--help                           (string)
Please specify '--help optionname' for specifics, e.g.

作用：

--aexagg 和 --aexagg2：控制异常聚合的程度，可能有助于简化生成的代码。
--aggressivedocopy：更积极地复制代码片段，可能使反编译的代码更易于理解。
--aggressivedoextension、--aggressiveduff：控制CFR在处理某些代码结构时的积极程度。
--aggressivesizethreshold：设置积极处理代码的大小阈值。
--allowcorrecting：允许CFR进行一些修正以提高代码准确性。
--allowmalformedswitch：允许处理格式错误的switch语句。
--analyseas：指定分析的类型（DETECT, JAR, WAR, CLASS）。
--antiobf：针对混淆代码的处理。
--arrayiter、--collectioniter：控制数组和集合迭代的处理。
--caseinsensitivefs：文件系统大小写不敏感。
--clobber：覆盖现有文件。
--commentmonitors：在生成的代码中注释掉monitor语句。
--comments：生成的代码中包含注释。
--constobf：处理常量混淆。
--decodeenumswitch、--decodefinally、--decodelambdas、--decodestringswitch：控制特定结构的反编译。
--dumpclasspath：输出类路径。
--eclipse：为Eclipse生成更友好的代码。
--elidescala：省略Scala特定的代码。
--extraclasspath：指定额外的类路径。
--forbidanonymousclasses、--forbidmethodscopedclasses：禁止处理匿名类和方法作用域类。
--forceclassfilever：强制指定类文件版本。
--forcecondpropagate、--forceexceptionprune、--forcereturningifs、--forcetopsort、--forcetopsortaggress、--forcetopsortnopull：控制特定代码结构的处理方式。
--forloopaggcapture：循环聚合捕获。
--hidebridgemethods、--hidelangimports、--hidelongstrings、--hideutf：隐藏或省略代码中的特定部分。
--ignoreexceptions、--ignoreexceptionsalways：忽略异常处理。
--importfilter：过滤导入。
--innerclasses：处理内部类。
--instanceofpattern：处理instanceof模式匹配（Java 16+特性）。
--j14classobj：处理Java 14的类对象。
--jarfilter：过滤JAR文件中的类。
--labelledblocks：标记代码块。
--lenient：宽容模式。
--liftconstructorinit：提升构造函数初始化。
--lomem：低内存模式。
--methodname：指定方法名。
--obfattr、--obfcontrol：控制混淆属性。
--obfuscationpath：指定混淆路径。
--outputdir、--outputencoding、--outputpath：输出目录、编码和路径。
--override：处理覆盖方法。
--previewfeatures：启用预览特性。
--pullcodecase：代码提取。
--recordtypes：处理记录类型（Java 16+特性）。
--recover、--recovertypeclash、--recovertypehints：恢复类型和提示。
--reducecondscope：减少条件作用域。
--relinkconst、--relinkconststring：重新链接常量。
--removebadgenerics、--removeboilerplate、--removedeadconditionals、--removedeadmethods、--removeinnerclasssynthetics：移除无用代码。
--rename、--renamedupmembers、--renameenumidents、--renameillegalidents、--renamesmallmembers：重命名标识符。
--sealed：处理密封类（Java 17+特性）。
--showinferrable：显示可推断的信息。
--showversion：显示版本信息。
--silent：静默模式。
--skipbatchinnerclasses：跳过批处理内部类。
--staticinitreturn：静态初始化返回。
--stringbuffer、--stringbuilder、--stringconcat：字符串处理。
--sugarasserts、--sugarboxing、--sugarenums、--sugarretrolambda：语法糖处理。
--switchexpression：处理switch表达式（Java 12+特性）。
--tidymonitors：整理监视器。
--trackbytecodeloc：跟踪字节码位置。
--tryresources：处理try-with-resources。
--usenametable、--usesignatures：使用名称表和签名。
--version：显示CFR版本。
--help：显示帮助信息。

这些选项提供了对CFR反编译过程的细粒度控制，允许用户根据需要调整反编译的行为和输出。

2.2 常用选项

在使用CFR（Class File Reader）反编译器时，一些选项比其他选项更为常用，因为它们提供了对反编译过程中最基本和最直接的控制。以下是一些最常用的CFR选项：

--outputdir <directory>：指定输出目录，反编译的代码将被保存到这个目录下。这是在处理多个类文件或整个jar文件时非常有用的选项。
--outputpath <file>：指定输出文件的路径，反编译的代码将被保存到这个文件中。当你只关心一个类或少数几个类的反编译结果时，这个选项很有用。
--decodelambdas：尝试反编译Lambda表达式。由于Lambda表达式是Java 8及更高版本中的一个重要特性，这个选项通常被启用以获得更准确的反编译结果。
--showversion：显示CFR的版本信息。这对于确保你正在使用的是最新版本的CFR或者对版本有特定要求时很有帮助。
--silent：减少CFR在反编译过程中的输出信息。当你不需要详细的进度信息时，这个选项可以让输出更加简洁。
--comments：在生成的代码中包含注释。这可以帮助理解反编译的代码，尤其是当原始代码中包含了有用的注释时。
--renameillegalidents：重命名不合法的标识符。这对于处理混淆过的代码特别有用，因为混淆器可能会生成不符合Java标识符命名规则的名称。
--stringbuilder：使用StringBuilder而不是StringBuffer。这反映了较新Java版本的实践，因为StringBuilder通常比StringBuffer更优。
--tryresources：尝试反编译try-with-resources语句。这是Java 7引入的一个重要特性，能够自动管理资源。
--help：显示帮助信息，包括所有可用的命令行选项及其描述。这是了解和探索CFR功能的起点。

这些选项中的许多都是为了提高反编译的准确性、可读性或者操作的便利性。根据你的具体需求，你可能会发现其中一些选项特别有用。

三、举例

3.1 查看 lambda 底层实现机制

1.lambda 表达式的本质：函数式接口的匿名子类的匿名对象
2.lambda表达式是语法糖

语法糖：编码时是lambda简洁的表达式，在字节码期，语法糖会被转换为实际复杂的实现方式，含义不变；即编码表面有个糖衣，在编译期会被脱掉

在 Java 中，当你使用 lambda 表达式时，编译器在背后做了很多工作来将这些表达式转换成可执行的代码。特别是，它使用了 invokedynamic 指令和 LambdaMetafactory 来动态生成和加载 lambda 表达式对应的类。这是 Java 8 引入的一种新机制，用于提高 lambda 表达式的性能和灵活性。

3.1.1 反编译 lambda

当使用--decodelambdas false选项运行CFR反编译器时，CFR将不会尝试以Lambda表达式的形式反编译Java 8及以上版本中的Lambda表达式。相反，它会以匿名类或类似的结构来展示这些Lambda表达式。这可能会使得反编译的代码看起来与原始源代码有较大差异，特别是在使用Lambda表达式的地方。

原始Java代码

假设我们有以下简单的Java程序，它使用Lambda表达式来遍历并打印一个字符串列表：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class LambdaExample {public static void main(String[] args) {List<String> items = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");items.forEach(item -> System.out.println(item));}
}

当这段代码被编译时，对于 items.forEach(item -> System.out.println(item)); 这一行，编译器生成的字节码会使用 invokedynamic 指令来引导 lambda 表达式的实现。这个过程涉及到 LambdaMetafactory，它是 JDK 提供的一个工厂类，专门用于生成符合特定函数式接口的类实例。

LambdaMetafactory.metafactory 是一个静态方法，它接受一系列参数，包括目标接口的方法类型、lambda 表达式的实现方法的方法句柄（Method Handle），以及 lambda 表达式的签名。它返回一个 CallSite 对象，这个对象封装了对动态生成的 lambda 表达式类的实例的调用。

在运行时，invokedynamic 指令首次执行时会调用这个 metafactory 方法，生成一个实现了 Consumer<String> 接口的类的实例。这个实例具体执行的代码就是 lambda 表达式的体。

编译Java代码

首先，我们需要编译这个Java程序。在命令行中，使用javac命令编译这个程序：

javac LambdaExample.java

这将生成LambdaExample.class文件。

使用CFR反编译并应用`--decodelambdas false`

现在，我们将使用CFR反编译器来反编译这个.class文件，并使用--decodelambdas false选项来禁止Lambda表达式的特殊处理。在命令行中，运行以下命令：

java -jar cfr-0.152.jar LambdaExample.class --decodelambdas false

请确保将cfr-0.152.jar替换为你的CFR .jar文件的实际路径。

反编译结果

由于--decodelambdas false选项的使用，CFR将不会以Lambda表达式的形式展示原始的Lambda表达式。相反，它可能会生成一个匿名类或类似的结构来表示Lambda表达式的功能。反编译的输出可能看起来像这样：

/** Decompiled with CFR 0.152.*/
import java.lang.invoke.LambdaMetafactory;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;public class LambdaExample {public static void main(String[] stringArray) {List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");list.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 string) {System.out.println(string);}
}

3.1.2 反编译结果解释

这段代码是一个使用CFR反编译器反编译后的Java程序，其中包含了Lambda表达式的使用。原始的Java代码可能使用了Lambda表达式来遍历一个字符串列表并打印每个元素。下面是对这段反编译代码的解释：

导入部分

import java.lang.invoke.LambdaMetafactory;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;

这部分代码导入了程序中使用到的类。LambdaMetafactory是Java在运行时动态生成和调用Lambda表达式的关键工具。Arrays、List和Consumer则是在集合操作中常用的类和接口。

类定义

public class LambdaExample {...
}

定义了一个名为LambdaExample的公共类。

主方法

public static void main(String[] stringArray) {List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");list.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null,null, null,(Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)());
}

这是程序的主方法，它创建了一个包含三个字符串的列表，并使用forEach方法遍历这个列表。在原始的Java代码中，这里很可能使用了一个Lambda表达式来打印列表中的每个元素。在反编译的代码中，Lambda表达式被转换成了对LambdaMetafactory.metafactory方法的调用，这个方法在运行时动态生成了一个实现了Consumer接口的类的实例。因为forEach方法入参就是一个函数式接口Consumer<? super T>，即：最终返回Consumer实例对象

default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}

Lambda表达式的静态方法

private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String string) {System.out.println(string);
}

这个静态方法是原始Lambda表达式的体现。在编译时，Java编译器将Lambda表达式转换为类中的一个私有静态方法。这里，lambda$main$0方法接收一个字符串参数，并打印它。

总结

这段反编译的代码展示了Java中Lambda表达式的底层实现机制。原始的Lambda表达式被转换为一个私有静态方法，而LambdaMetafactory用于在运行时动态生成一个符合Lambda表达式行为的Consumer实例。这种机制使得Java能够在保持类型安全的同时，提供对Lambda表达式的高效支持。