JVM——类加载与字节码技术—字节码指令

2.字节码指令

2.1 入门

jvm的解释器可以识别平台无关的字节码指令，解释为机器码执行。

 

 

 2a b7  00 01  b1

this .    init（） return

 

准备了System.out对象，准备了参数“hello world”,准备了对象的方法println(String)V，并return

2.2 javap 工具

这里常量池直接把查询结果放在了右边。 

有了javap,终于不用看那狗屎字节码文件了 

这部分是方法信息里的init构造方法。

 main方法

有参数类型，访问类型，方法属性，局部变量表，方法参数信息等等

2.3 图解方法执行流程

1)原始 java 代码

b是Short类型的最大值+1。 

2)编译后的字节码文件

3)常量池载入运行时常量池

java代码执行时会由java虚拟机的类加载器将main方法所在类进行类加载。

类加载就是把class文件里的字节数据读取到内存里面。

运行时常量池是方法区的组成部分

 32768对应的是源代码里面的short.value+1,比较小的数字不会存储在常量池，比如10，10会跟着方法的字节码指令存一起，一旦数字范围超过整数最大值就会存储在常量池中。

4)方法字节码载入方法区

5) main 线程开始运行，分配栈帧内存

绿色区域是局部变量表，蓝色是操作数。字节码指令里面有一个栈的最大深度和局部变量表的长度。这两项决定了栈帧内存大小。

6)执行引擎开始执行字节码

bipush 10

istore_1

 然后a被复制为10，对应操作就是a=10

1dc #3

 istore 2

  

iload1

局部变量表中不能执行a+b的操作，所以，执行引擎会对它们进行一个读取。

iload2

iadd

 iadd操作是将操作数栈中的两个数取出来相加再放回去。

istore 3

给c赋值

 

getstatic #4

这个是到常量池中找一个成员变量的引用。这里是找System.out。找到之后不是把对象放入操作数栈，而是获取引用

 

 iload_3

执行打印需要参数c,所以将局部变量表中c的值32778读入到操作数栈

 

 invokevirtual #5

在常量池中找到5号条目，执行println(I)方法,参数 l 表示整数。

 println方法执行时会找到方法区中新的方法，然后分配一个新的栈帧

执行时会把32778作为参数传递给新的栈帧中作为整数参数完成打印操作。

 return

 2.4练习-分析a++

分析

a++执行的指令是iinc,但是这玩意直接原地拉屎变大，不需要进栈又出栈。

a++是iload先，++a是iinc先

iinc的两个参数，一个是要对哪个槽位做自增，一个是自增多少。

 

 

 

 

 

 

 到这里第一个加法结束了。

 

2.5 条件判断指令

 

 较小的数用iconst表示，-1到5的数

ifne 不成立时会跳转到12行，压20入栈然后往下执行。

成立时就直接往下执行然后到goto跳过12,14，直接返回

 

2.6 循环控制指令

 依旧是if+goto

 if_icmpge判断是否大于等于10，是的话就跳到14

do_while

for循环

2.7 练习 - 判断结果

 先load，再iinc，最后istore，又把栈里的load到的数据放回去了。

先把0读进操作数栈的，然后局部变量表上x自增1变成，然后将局部变量表上的0赋值给x.

2.8 构造方法

1) ()v

静态变量初始化，静态代码块从上到下依次执行

 

cinit是整个类的构造方法。

2) ()V

init是实例的构造方法。

从上到下有成员变量，初始化代码块，有参构造。

最后答案是s3 30

2.9方法调用

类中从上到下有构造方法，私有方法，final方法，公共方法，静态方法。

通过对象和类型都调用了静态方法 

有三种指令出现。

invokevirtual是动态绑定，公共方法有可能子类也有可能父类，要在运行时确定。

另外两个都是静态绑定，可以直接找到执行地址。

执行new的时候会先分配内存给它，然后把对象的引用放到操作数栈。

dup是对栈顶的复制，操作数栈里有两个相同的引用。

invokespecial会根据栈顶的引用调用对应的构造方法。 这里消耗一个引用

astore_1会根据剩余的引用出栈存储到局部变量表中。这里消耗一个引用

执行到d.test4()时先把引用放入栈，但由于静态方法不需要引用，所以又pop弹出了,然后用invokestatic执行test4了。

要调用静态方法直接用类名去调用即可，否则会产生多余的虚拟机指令。

2.10 多态的原理

在上面有一个invokevirtual不能直接找到地址去执行，需要找到是父类还是子类。

研究invokevirtual就是研究多态的原理

面试高频题：讲讲什么是多态，底层原理是啥

1) 运行代码

64位操作系统为了节省内存用了指针压缩，查看地址时要换算不方便

 

代码中一个Animal父类，一个抽象方法eat(),一个toString方法，还有两个子类继承了Animal父类。

在公共类中有一个test方法，参数是Animal，这里产生了多态，实际对象可能是cat，也可能是dog. 

2)运行 HSDB 工具

JDK9之后，执行JHSDB HSDB 

 

3)找某个对象

 

 查询语句和sql语句十分相似，这里通过查询类型别名查到dog对象在内存中的地址。

这里虚拟机中只有一个dog对象，所以查到的是唯一dog.

4)查看对象内存结构

5) 查看对象 Class 的内存地址

 第二行是类型指针，用类型指针继续查

 上面是类的结构。

6)查看类的 vtable

接着找类中的方法，多态的方法存在vtable虚方法表中。在类结构的最后。

 是该类的地址加上1B8就是vtable地址。vtable长度是6。

然后看见6个支持重写的方法的入口地址。

7)验证方法地址

在虚方法表中的最后一个方法对应的就是dog类的eat方法。

 因为dog类没有重写父类，用的是Animal的toString方法。

 ​​​​​​​

方法表中的第一项有Object的finalize，clone,equals方法 ，因为Animal和dog都没有重写这些方法。

8) 小结

一句话总结：invokevirtual指令调用的对象vtable中的方法

类加载阶段指的是 验证、准备、解析 这三个阶段，即加载之后，初始化之前、 

2.11 异常处理

try-catch

2 4 是try中的内容， try中如果没有发生异常，就会直接去到12了。

借助Exception table异常表检测[2~5)行内容，不包含5，2~4有异常会先跟声明的异常是否一致或是子类异常，是的话就会进入第8行。

第8行astore_2是把异常对象的引用地址存储下面局部变量的e槽位上,就是catch那一行的执行。

9，11就是i=20.

多个single-catch 块的情况

 

 

与try_catch的相差不多。

multi-catch 的情况

直接一个catch块捕获多个异常。

 

finally

 字节码

因为有可能发生Exception父类的异常，所以异常表里面又多了别的异常类型。 

finally的工作方法就是将finally中的东西放在每一个分支后面，在reutrn前面，以此保证一定会被执行。

因此有三个分支，一个是try，一个是Exception的catch,一个是非Exception的catch.

 2.12 练习 - finally 面试题

finally 出现了 return

 正确答案是20。

 

 简单来说，就是即使报了异常，但是最后还是执行finally例的ireturn，不会执行athrow

抛异常和返回值，这两个是冲突的，只能执行一个，平时绝对不能在finally中return

该代码最后正常执行完没有除零报错。

finally 对返回值影响

 最后返回的是10

2.13 synchronized

new时复制了一份，一个用于调用构造方法，一个是给了局部变量表。

synchronized（lock）先将lock引用加载到操作数栈，然后又复制了一份。

待会一个给monitorenter 指令用，一个给了monitorexit指令用，加锁和解锁。

然后一个lock存入局部变量表2槽，剩下那个给了monitorenter 加锁。

然后12~17是打印指令

20~22是把2号槽位的引用加载到栈顶并给monitorexit解锁，然后goto return正常结束。

 如果12~22有异常会进到25.

25将错误保存到局部变量表。26~27将lock引用给monitorexit解锁。

28,29加载异常类抛出。