JVM之字节码如何在jvm流转

分析字节码文件泛解析工具

• javap jdk自带泛解析.class文件为可读格式

  javap使用例子：
  javap -p -v HelloWorld.class  ： 打印该字节码文件私有变量及更多信息
  javac中可以指定额外内容输出到字节码，常用的如下：
  javac  -g:lines 强制生成LineNumberTable
  javac  -g:vars 强制生成LocalVariableTable
  Javac  -g 生成所有debug信息
  

• jclasslib 图形化工具，更直观查看字节码，分门别类的对类中各部分进行整理，可以将其插件与idea开发工具集成

   jclasslib下载地址:https://github.com/ingokegel/jclasslib
  

类加载和对象创建时机

• 简单例子

  class B{
  private int a = 1234;
  static long C = 1111;
  public long test(long num){
  long ret = this.a +num + C;
  }
  }
  
  public class A{
  private B b = new B();
  public static void main(String[] args){
  A  a= new A();
  long num = 4321;
  long ret = a.b.test(num);
  System.out.println(ret);
  }
  }
  

• 类的初始化发生在类加载阶段，除了new,还有如下方式

  1.class的newIntance方法 ,会通过反射机制调用构造器
  2.Constructor类的newInstance方法，会调用构造器
  3.反序列化，不调用构造器
  4.使用Object的clone方法
  

• 类加载和对象创建流程

  当虚拟机遇到一条new指令是，首先会检查该指令参数能否在(运行时)常量池中定位一个符号引用。然后检查该符号引用的类字节码是否加载、解析和初始化。如果没有，将执行对应的类加载过程.
  如上面例子：A的对象a调用b.test()时，会触发 B 类加载
  A和B会被加载到元空间的方法区，进入main方法后，讲给执行引擎执行。该执行过程在栈上完成，其中有几个重要区域：虚拟机栈，程序计数器等
  

• 执行A代码，调用private B b = new B(),就会触发B类加载
  

查看字节码

命令行查看字节码

• 编译A.java生成字节码(如用idea，可以直接将参数追加到VM options里面)

  强制生成LIneNumberTable，LocalVariableTab
  javac -g:lines -g:vars A.java
  

• 查看字节码

  使用javap查看A.java和B.java的字节码,输出行号，本地变量表信息，还会输出当前类用到的常量池信息
  java -p -v A 
  Javap -p -v B
  

• 字节码形式

  1:   invokespecial #1   // Method java/lang/Object."":()V
  2:  #2 = Fieldref           #6.#27         // B.a:I
  3:  #6 = Class             #29           // B
  4:	#27 = NameAndType       #8:#9         // a:I
  5: 	#8 = Utf8               a
  6:   #9 = Utf8               I
  
   可以看到第一行，对象初始化首先调用Object.init()方法，而不是
  第二行是拼接了# 13 和#14的内容
  

• 字节码特殊字符

  基本类型：B-byte  C-char D-double F-float I-int  J-long S-short  Z-boolean
  特殊类型：V - void
  数组类型(每一位都是要一个前置”[“字符来描述)： [Ljava/lang/String; 
  

可视化查看字节码

• jclasslib 查看常量池(内容存放于Metaspace区域，属于堆外内存)

常量池包含.class文件常量池，运行时常量池，String常量池，大多是一些静态内容

• 查看类和对象初始化方法，包含上面例子test方法代码区域

  本地变量表的slot可复用。注意其index最大值为3，证明本地变量表最多同时能够存放4个变量
  另外观察LineNumberTable选项。该属性的作用是描述源码行号和字节码行号(偏移量)对应关系，有了这些信息，在debug是，就能够获取发生异常代码源代码行号
  

例子中test函数执行过程

code区域解释

• 变量、参数

  同时使用了成员变量a,静态变量C，输入参数num。内存是在虚拟机栈分配,方法如下
  public long test(long num){
  long ret = this.a +num + C;
  return ret;
  }
  

• 对应字节码

  
  public long test(long);
  	descriptor:(J)J
  	flag:ACC_PUBLIC
  	Code:
  		stack=4(栈帧最大深度为4),locals=5,args_size=2(有个默认参数this)
  			0: aload_0  - 将第一个引用型局部变量推到操作数栈
  			1: getfield #2   //Field a:I  - 获取第二个属性
  			4: i2l  -将整型转为长整型
  			5: lload_1
  			6: ladd
  			7: getstatic #3  //Field C:J   -获取第三个属性(c的类型为long)
  			10: ladd
  			11: lstore_3 - 存储第三个属性变量ret
  			12：lload_3 -加载第三个属性ret
  			13: lreturn -返回ret
  		LineNumberTable:
  			line 13:0
  			line 14:12
  		LocalVariableTable:
  			Start 	Length 	Slot Name 	Siagnature
  			 0      14     0  this   LB;
  			 0      14     1   num   J
  			12       2     3   ret   J
  

• 重要参数

  上面stack字样 为4 (stack=4):表明test方法最大操作数栈深度为4，jvm运行时根据该数值来分配栈帧中操作栈的深度
  locals变量存储量局部变量的存储空间。单位是slot(槽)，可被重用。其中存放内容包括:this,方法参数，异常处理器参数，方法体中定义的局部变量
  Arg_size为方法参数个数，每个方法都有隐藏参数this,故为2
  

字节码执行流程及含义

• 0: aload_0

  将第 1 个引用型局部变量推到操作数栈，把this压入操作数栈
  对于static方法，aload_0表述对方法第一个参数(本方法为隐藏参数this，为第一个参数）
   
  

• 1: getfield #2

  	将站定指定的对象的第2个实例域（Field）的值，压入栈顶。#2指成员变量a.
  	#2 = Fieldref           #6.#27         // B.a:I
  	...
  	#6 = Class             #29           // B
  	#27 = NameAndType       #8:#9         // a:I  
  

• i2l

  将栈顶int类型数据转换为long类型，设计隐式类型转换，图中信息无变动
  

• lload_1

  将第一个局部变量(num)入栈.这里l表示long,同样是局部变量装载。会看到该位置局部变量一开始就已经有值
  

• ladd

  把栈顶两个long类型值出栈后相加，并将结果入栈
  

• getstatic #3

  根据偏移量获取静态属性值，并把该值push到操作数栈
  

• ladd

  再次咨询ladd
  

• lstore_3

  把栈顶logn型数值存入第4个局部变量(ret)
  slot为4，索引为3的就是ret变量
  

• lload_3

  与上面想法。上面变量存入，现在把该变量玉如虚拟机栈中
  

• lreturn

  从当前方法返回long类的ret变量
  

字节码指令列表

[字节码指令列表](https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html)

test方法改动为直接return this.a+num+c

````
public long test(long num) {
       return this.a + num + C;
}
````

• 字节码指令

  0:aload_0  -加载第一个参数this
  1:getfield #2 //Field a:I   -第二个参数对象a入栈
  4：i2l - int转为long
  5:lload_1 -加载第第一个局部变量入栈(num)
  6:ladd - 将栈顶两个long变量相加
  7：getstatic #2 //Field C:J  -根据偏移量获取静态属性值，并把该值push到操作数栈
  10：ladd -再次将栈顶两个long型变量相加
  11：lreturn  -返回相加后的值