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- JVM是 基于栈的计算模型
- 在 解析过程 中，每当为 Java方法 分配 栈帧 时
- 执行每条执行之前，JVM要求该指令的操作数已被压入操作数栈中
- 在执行指令时，JVM会将该指令所需要的操作数 弹出 ，并将该指令的结果重新 压入 栈中
iadd
- 执行iadd之前，栈顶的元素为int值1和int值2
- 执行iadd指令会将弹出这两个int，并将求得的和int值3压入栈中
- iadd只消耗栈顶的两个元素，iadd并不关心更远的元素，也不会对它们进行修改
dup + pop
- dup和pop只能处理非long和非double类型的值
- long类型和double类型需要占据两个栈单元，对应使用dup2和pop2
dup
- dup： 复制栈顶元素
- dup指令常用于复制new指令生成的 未经初始化 的引用
public void dup() {
Object o = new Object();
}
// 对应的字节码
public void dup();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=1
0: new // class java/lang/Object
3: dup
4: invokespecial // Method java/lang/Object."<init>":()V
7: astore_1
8: return
- 执行new指令时，JVM将指向一块 已分配的但未初始化 的内存引用压入操作数栈
- invokespecial指令将要以这个引用为调用者，调用其构造器
- 该指令将 消耗 操作数栈上的元素，作为它的调用者和参数
- 因此，在这之前利用dup 指令 复制一份new指令的结果，并用来调用构造器
pop
- pop： 舍弃栈顶元素
- pop指令常用于 舍弃调用指令的返回结果
public static boolean judge() {
return false;
}
public void pop() {
judge();
}
// 对应的字节码
public void pop();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: invokestatic // Method judge:()Z
3: pop
4: return
- invokestatic指令依然会将返回值压入pop方法的操作数栈
- 因此JVM需要执行额外的pop指令，将返回值舍弃
加载常量
- iconst指令加载-1和5之间的int值
- bipush（sipush）指令加载一个字节（两个字节）所能代表的int值
- ldc指令加载常量池中的常量值
| 类型 | 常数指令 | 范围 |
|---|---|---|
| int/short/char/byte/boolean | iconst | [-1,5] |
| bipush | [-128,127] | |
| sipush | [-32768,32767] | |
| ldc | any int value | |
| long | lconst | 0,1 |
| ldc | any long value | |
| float | fconst | 0,1,2 |
| ldc | any float value | |
| double | dconst | 0,1 |
| ldc | any double value | |
| reference | aconst | null |
| ldc | String literal,Class literal |
异常
- 正常情况下，操作数栈的压入弹出都是 一条条 指令完成的
- 在抛出异常时，JVM会 清空 操作数栈上到所有内容，而后将异常实例的引用压入操作数栈
局部变量表
- Java方法 栈帧 的组成： 操作数栈+局部变量表
- 字节码程序将计算的结果 缓存 在局部变量表
- 局部变量表类似于一个 数组 ，依次存放
- this指针（针对实例方法）
- 所传入的参数
- 字节码中的局部变量
- 与操作数栈一样，long类型和double类型将占据两个存储单元
public void locals(long l, float f) {
{
int i = 0;
}
{
String s = "Hello Word";
}
}
// 对应的字节码
public void locals(long, float);
descriptor: (JF)V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=5, args_size=3
0: iconst_0
1: istore 4
3: ldc // String Hello Word
5: astore 4
7: return
- locals是一个实例方法，局部变量表的第0个单元存放this指针
- 第一个参数为long类型，占用局部变量表的第1、2个单元
- 第二个参数为int类型，占用局部变量表的第3个单元
- 方法体内的两个代码块中，分别定义了局部变量i和s，两者的生命周期没有重合
- Java编译器将它们编排至同一单元，即局部变量表的第4个单元
-
istore 4和astore 4
- Java编译器在编译时就已经能确定操作数栈、局部变量表的大小以及参数个数
-
stack=1, locals=5, args_size=3
-
加载 + 存储
- 存储在局部变量表中的值，通常需要加载至操作数栈中，才能进行计算
- 得到的计算结果后再存储至局部变量表中
- 局部变量表的 加载 和 存储 指令都需要指明所加载单元的 下标
- 唯一直接作用于局部变量表的指令：iinc M N
- 将局部变量表的第M个单元中的int值增加N
- 常用于for循环中的自增量的更新
| 类型 | 加载指令 | 存储指令 |
|---|---|---|
| int/short/char/byte/boolean | iload | istore |
| long | lload | lstore |
| float | fload | fstore |
| double | dload | dstore |
| reference | aload | astore |
public void innc() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
}
}
// 对应的字节码
public void innc();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=1
0: iconst_0
1: istore_1
2: iload_1
3: bipush 100
5: if_icmpge 14
8: iinc 1, 1 // i++
11: goto 2
14: return
其他字节码
Java相关
- new：后跟目标类，生成该类 未初始化 的对象引用
- instanceof：后跟目标类，判断 栈顶元素 是否为目标类（接口）的实例， 是则压入1，否则压入0
- checkcast：后跟目标类，判断 栈顶元素 是否为目标类（接口）的实例，如果不是则 抛出异常
- athrow：将 栈顶异常 抛出
- monitorenter：为 栈顶对象 加锁
- monitorexit：为 栈顶对象 解锁
- getstatic/putstatic/getfield/putfield
- 附带用于定位目标字段的信息，但消耗的操作数栈元素个各不相同
- 如下图，将值v存储至对象obj的目标字段中
- invokestatic/invokespecial/invokevirtual/invokeinterface
- 这四个方法调用指令所消耗的操作数栈元素是根据 调用类型 以及 目标方法描述符 来确定的
- 在进行方法调用之前，需要依次压入调用者（invokestatic不需要）以及各个参数
putfiled
public class PutField {
private Object obj;
public void putFiled() {
obj = new Object();
}
}
// 对应的字节码
public void putFiled();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: new // class java/lang/Object
4: dup
5: invokespecial // Method java/lang/Object."<init>":()V
8: putfield // Field obj:Ljava/lang/Object;
11: return
invokevirtual
public int neg(int i) {
return -i;
}
public int foo(int i) {
return neg(neg(i));
}
// 对应的字节码
public int foo(int);
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=2, args_size=2
0: aload_0
1: aload_0
2: iload_1
3: invokevirtual // Method neg:(I)I
6: invokevirtual // Method neg:(I)I
9: ireturn
foo(2)的执行过程
数组相关
- newarray：新建 基本类型 的数组
- anewarray：新建 引用类型 的数组
- multianewarray：生成 多维数组
- arraylegth：求 数组长度
- 数组的 加载 和 存储 指令（区分类型）
public void array() {
int[] a = new int[10];
Object[] b = new Object[10];
int[][] c = new int[10][10];
int l = a.length;
}
// 对应的字节码
public void array();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=5, args_size=1
0: bipush 10
2: newarray int
4: astore_1
5: bipush 10
7: anewarray #2 // class java/lang/Object
10: astore_2
11: bipush 10
13: bipush 10
15: multianewarray #3, 2 // class "[[I"
19: astore_3
20: aload_1
21: arraylength
22: istore 4
24: return
| 数组类型 | 加载指令 | 存储指令 |
|---|---|---|
| byte/boolean | baload | bastore |
| char | caload | castore |
| short | saload | sastore |
| int | iaload | iastore |
| long | laload | lastore |
| float | faload | fastore |
| double | daload | dastore |
| reference | aaload | aastore |
控制流
- goto：无条件跳转
- tableswitch/lookupswitch：密集case/稀疏case
- 返回指令
- 除了返回指令外，其他控制流指令均附带一个或多个字节码偏移量，代表需要跳转到的位置
| 返回类型 | 返回指令 |
|---|---|
| void | return |
| int/short/char/byte/boolean | ireturn |
| long | lreturn |
| float | freturn |
| double | dreturn |
| reference | areturn |
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