JVM学习05-字节码执行过程和JVM指令集

1. 字节码的Code部分

在执行字节码的时候，无非也就是对调用类中的函数。那么下面将介绍下字节码函数的Code部分，Code部分的代码一个可以用java自带的命令javap命令进行查看。还可以在eclipse中安装ByteCode visualizer插件查看，具体使用自行研究。
在我介绍java内存模型的时候，函数的执行过程是分配在栈内存中的，所以在执行Code部分的时候肯定会涉及到局部变量表和操作数栈，同时还会涉及到程序计数器。之前也介绍了一个小例子，下面继续先以一个小例子讲述。

2. 例子

源码：

package com.minosa.test;
public class HelloClass {

    public int foo(){
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a + b;
        return c;
    }

}

ByteCode visualizer查看

public int foo() {
        /* L6 */
        0 iconst_1;
        1 istore_1;               /* a */
        /* L7 */
        2 iconst_2;
        3 istore_2;               /* b */
        /* L8 */
        4 iload_1;                /* a */
        5 iload_2;                /* b */
        6 iadd;
        7 istore_3;               /* c */
        /* L9 */
        8 iload_3;                /* c */
        9 ireturn;
        /*     LineNumberTable      */
        /* ----------+------------- */
        /*  start_pc | line_number  */
        /* ----------+------------- */
        /*         0 |           6  */
        /*         2 |           7  */
        /*         4 |           8  */
        /*         8 |           9  */
        /* ----------+------------- */
        /*                     LocalVariableTable                      */
        /* -------+----------+--------+------------+------------------ */
        /*  index | start_pc | length | name_index | descriptor_index  */
        /* -------+----------+--------+------------+------------------ */
        /*      0 |        0 |     10 |         12 |               13  */
        /*      1 |        2 |      8 |         16 |               17  */
        /*      2 |        4 |      6 |         18 |               17  */
        /*      3 |        8 |      2 |         19 |               17  */
        /* -------+----------+--------+------------+------------------ */
        /* ExceptionTable (empty) */
        /* max_stack: 2 max_locals: 4 */
    }

上面在字节码的文件结构中讲过，每个方法中存在很多属性，例如LineNumberTable，LocalVariableTable 等等。里面的一些”_index”就是指向常量池中的索引。对于成员方法来说（非类方法），局部变量表中的第一个是this（之前有讲过）。
这里抽出最关键的Code进行讲述：
由上面的LocalVariableTable可以知道，a变量的index是1，b是2，c是3。

public int foo() {
        /* L6 */
        0 iconst_1;
        1 istore_1;               /* a */
        /* L7 */
        2 iconst_2;
        3 istore_2;               /* b */
        /* L8 */
        4 iload_1;                /* a */
        5 iload_2;                /* b */
        6 iadd;
        7 istore_3;               /* c */
        /* L9 */
        8 iload_3;                /* c */
        9 ireturn;
}

1. int a = 1;
首先程序计数器值为0，iconst_1指令将整数1压入操作数栈中；执行istore_1，程序计数器为1，将操作数栈中的数弹出，然后赋值给索引为1的变量（即a）。

2. int b = 2;
跟 int a = 1; 基本一致。

3. int c = a + b;
这里iload指令（i表示int型，后面会列出常用的指令表）将下标为1和2，即a和b压入栈中。然后执行 idd 指令，弹出两个操作数进行相加，并将结果值压入操作数栈中。最后istore_3指令将栈中的操作数弹出并赋值给变量c。

4. return c;
这里先将c的值载入压入到栈中，然后执行ireturn指令。

这里有一个很经典的面试题，就是try中的return和finally中的return，两个return的执行流程。其实看一下反汇编的指令就一目了然了。

3. JVM指令集

具体的指令集可以参照博文：
http://blog.csdn.net/lm2302293/article/details/6713147
里面描述了指令在字节码中对应的Byte，助记符以及功能描述，下面将对常用进行描述下。
3.1 常量入栈

1. aconst_null
null对象入栈，前面的a表示对象ref。
2. iconst_m1
将 -1 压入栈中。其他的byte型和short型参照 bipush 和 sipush 指令
3. iconst_0 ~ iconst_5
将整数 0 ~ 5 压入栈中。其他的byte型和short型参照 bipush 和 sipush 指令
4. lconst_1 ~ lconst_2
将long类型常量 1或2 压入栈中，其他参照 ldc2_w 指令；
5. fconst_1 ~ fconst_2
将float类型常量 1或2 压入栈中，其他参照 ldc 指令。
6. dconst_1 ~ dconst_1
将double类型常量 1或2 压入栈中，其他参照 ldc2_w 指令。
7. bipush 和 sipush
bipush将一个byte的带符号常量压入栈中，sipush将一个short型带符号常量压入栈中
8. ldc，ldc_w和ldc2_w
ldc 将int、float或String型常量值从常量池中压入栈中。
ldc_w将int、float或String型常量值从常量池中压入栈中（宽索引）。
ldc2_w将long或double型常量值从常量池中压入到栈中（宽索引）。

3.2 局部变量操作

1. load（为i，l，f，d和a中一个）
分别将int型，long型，float型，double型以及Object ref型的局部变量压入栈中。指令后面继续跟着”0，_1，_2，_3”表示将索引为0 ~ 3的局部变量压入到栈中，大于3的索引则去掉下划线”“，如”iload_1”，”iload 4”。

2. aload(为c，b，s，i，l，f，d和a中一个)
将指定类型数组中的值压入到栈中。取值的时候先将数组的ref压入栈，然后是需要获取数据的index，然后执行*aload指令，并将获取到的值压入到栈中。这里可能会抛出数组下标越界的异常。

3. *store 和 *astore 指令
这里基本和 *load 和 *aload指令类似。

3.3 通用栈操作

1. nop
什么都不做。

2. pop
从栈顶弹出一个字长。

3. dup
赋值栈顶一个字长，复制内容压入栈中。

3.4 类型转化

i2c、i2b、i2s、i2l，i2f，l2i，l2f，l2d，f2i，f2d，d2i，d2l，d2f。

3.5 整数运算和浮点运算

iadd，ladd，fadd，dadd　　加 +
isub，lsub，fsub，dsub 　　减 -
imul，lmul，fmul，dmul　　乘 *
idiv， ldiv，fdiv，ddiv　　　除 /
irem，lrem，frem，drem　　取模 %
ineg，lneg，fneg，dneg 　　取负 -
ishl，lshl　　　　　　　　　　左移 <<
ishr，lshr，iushr，lushr 　　有符号和无符号右移 >>和>>>
iand，land 　　　　　　　　按位与 &
ior，lor 　　　　　　　　　 按位或 |
ixor，lxor 　　　　　　　　 按位异或 ^
iinc 　　　　　　　　　指定int型变量增加指定的值
　

3.6 对象操作指令和方法调用指令

1. new
创建一个对象，并将引用压入栈中。
2. invokespecial 和 invokevirtual
调用构造方法，私有方法
3. invokestatic 和 invokeinterface
调用静态方法和接口方法
4. getstatic 和 putstatic
getstatic 获取指定类的静态域并将值压入栈中；putstatic为指定静态域赋值。
5. getfield 和 putfield
同上，只是针对实例域
6. return (为 i l f d a 或（为空return即void））

3.7 条件控制

ifeq，ifne，if_icmpeq 等等一些指令。详细见指令表。