Java虚拟机采用基于栈的架构,其指令由操作码和操作数组成。
(byte1 << 8) | byte2
。放弃操作数对齐操作数对齐方案:
大多数指令包含了其操作所对应的数据类型信息,比如iload,表示从局部变量表中加载int型的数据到操作数栈;而fload表示加载float型数据到操作数栈。由于操作码长度只有1Byte,因此Java虚拟机的指令集对于特定操作只提供有限的类型相关指令,并非为每一种数据类型都有相应的操作指令。必要时,有些指令可用于将不支持的类型转换为可被支持的类型。
对于byte,short,char,boolean类型,往往没有单独的操作码,通过编译器在编译期或者运行期将其扩展。对于byte,short采用带符号扩展,chart,boolean采用零位扩展。相应的数组也是采用类似的扩展方式转换为int类型的字节码来处理。 下面分门别类来介绍Java虚拟机指令,都以int类型的数据操作为例。
栈是指操作数栈
load和store
变量进栈 | 含义 | 变量保存 | 含义 |
---|---|---|---|
iload | 第1个int型变量进栈 | istore | 栈顶int数值存入第1局部变量 |
iload_0 | 第1个int型变量进栈 | istore_0 | 栈顶int数值存入第1局部变量 |
iload_1 | 第2个int型变量进栈 | istore_1 | 栈顶int数值存入第2局部变量 |
iload_2 | 第3个int型变量进栈 | istore_2 | 栈顶int数值存入第3局部变量 |
iload_3 | 第4个int型变量进栈 | istore_3 | 栈顶int数值存入第4局部变量 |
lload | 第1个long型变量进栈 | lstore | 栈顶long数值存入第1局部变量 |
fload | 第1个float型变量进栈 | fstore | 栈顶float数值存入第1局部变量 |
dload | 第1个double型变量进栈 | dstore | 栈顶double数值存入第1局部变量 |
aload | 第1个ref型变量进栈 | astore | 栈顶ref对象存入第1局部变量 |
const、push和ldc
常量进栈 | 含义 |
---|---|
aconst_null | null进栈 |
iconst_m1 | int型常量-1进栈 |
iconst_0 | int型常量0进栈 |
iconst_1 | int型常量1进栈 |
iconst_2 | int型常量2进栈 |
iconst_3 | int型常量3进栈 |
iconst_4 | int型常量4进栈 |
iconst_5 | int型常量5进栈 |
lconst_0 | long型常量0进栈 |
fconst_0 | float型常量0进栈 |
dconst_0 | double型常量0进栈 |
bipush | byte型常量进栈 |
sipush | short型常量进栈 |
常量池操作 | 含义 |
---|---|
ldc | int、float或String型常量从常量池推送至栈顶 |
ldc_w | int、float或String型常量从常量池推送至栈顶(宽索引) |
ldc2_w | long或double型常量从常量池推送至栈顶(宽索引) |
pop和dup
栈顶操作 | 含义 |
---|---|
pop | 栈顶数值出栈(不能是long/double) |
pop2 | 栈顶数值出栈(long/double型1个,其他2个) |
dup | 复制栈顶数值,并压入栈顶 |
dup_x1 | 复制栈顶数值,并压入栈顶2次 |
dup_x2 | 复制栈顶数值,并压入栈顶3次 |
dup2 | 复制栈顶2个数值,并压入栈顶 |
dup2_x1 | 复制栈顶2个数值,并压入栈顶2次 |
dup2_x2 | 复制栈顶2个数值,并压入栈顶3次 |
swap | 栈顶的两个数值互换,且不能是long/double |
注意:dup2对于long、double类型的数据就是一个,对于其他类型的数据,才是真正的两个,这个的2代表的是2个slot的数据。
字段调用
字段调用 | 含义 |
---|---|
getstatic | 获取类的静态字段,将其值压入栈顶 |
putstatic | 给类的静态字段赋值 |
getfield | 获取对象的字段,将其值压入栈顶 |
putfield | 给对象的字段赋值 |
方法调用
方法调用 | 作用 | 解释 |
---|---|---|
invokevirtual | 调用实例方法 | 虚方法分派 |
invokestatic | 调用类方法 | static方法 |
invokeinterface | 调用接口方法 | 运行时搜索合适方法调用 |
invokespecial | 调用特殊实例方法 | 包括实例初始化方法、父类方法 |
invokedynamic | 由用户引导方法决定 | 运行时动态解析出调用点限定符所引用方法 |
方法返回
方法返回 | 含义 |
---|---|
ireturn | 当前方法返回int |
lreturn | 当前方法返回long |
freturn | 当前方法返回float |
dreturn | 当前方法返回double |
areturn | 当前方法返回ref |
对象和数组
运算指令是用于对操作数栈上的两个数值进行某种运算,并把结果重新存入到操作栈顶。Java虚拟机只支持整型和浮点型两类数据的运算指令,所有指令如下:
运算 | int | long | float | double |
---|---|---|---|---|
加法 | iadd | ladd | fadd | dadd |
减法 | isub | lsub | fsub | dsub |
乘法 | imul | lmul | fmul | dmul |
除法 | idiv | ldiv | fdiv | ddiv |
求余 | irem | lrem | frem | drem |
取反 | ineg | lneg | fneg | dneg |
其他运算:
类型转换用于将两种不同类型的数值进行转换。
(1) 对于宽化类型转换(小范围向大范围转换),无需显式的转换指令,并且是安全的操作。各种范围从小到大依次排序: int, long, float, double。
(2)对于窄化类型转换,必须显式地调用类型转换指令,并且该过程很可能导致精度丢失。转换规则中需要特别注意的是当浮点值为NaN, 则转换结果为int或long的0。虽然窄化运算可能会发生上/下限溢出和精度丢失等情况,但虚拟机规范明确规定窄化转换U不可能导致虚拟机抛出异常。
类型转换指令:i2b, i2c,f2i
等等。
控制指令是指有条件或无条件地修改PC寄存器的值,从而达到控制流程的目标
异常:
Java程序显式抛出异常: athrow指令。在Java虚拟机中,处理异常(catch语句)不是由字节码指令来实现,而是采用异常表来完成。
同步:
方法级的同步和方法内部分代码的同步,都是依靠管程(Monitor)来实现的。
Java语言使用synchronized语句块,那么Java虚拟机的指令集中通过monitorenter和monitorexit两条指令来完成synchronized的功能。为了保证monitorenter和monitorexit指令一定能成对的调用(不管方法正常结束还是异常结束),编译器会自动生成一个异常处理器,该异常处理器的主要目的是用于执行monitorexit指令。
在基于堆栈的的虚拟机中,指令的主战场便是操作数栈,除了load是从局部变量表加载数据到操作数栈以及store储存数据到局部变量表,其余指令基本都是用于操作数栈的。
以上转载自:http://gityuan.com/2015/10/24/jvm-bytecode-grammar/
补充:
FRAME SAME :局部变量没有变化,用FRAME SAME标示。
FRAME FULL:后面参数就是完全的局部变量表状态