Java高级——字节码指令

字节码指令

JVM采用操作数栈架构，指令由操作码Opcode+操作数Operand构成

• 大多指令不包含操作数，只有一个操作码，指令参数放在操作数栈
• 操作码长度为一个字节，故总数不能超过256
• 操作数未长度对齐，需在运行时重构回去
• 操作码隐含数据类型，如iload从局部变量表中加载int数据到操作数栈中，a代表reference
• byte和short符号扩展为int，boolean和char零位扩展为int

加载和存储指令

用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间的来回传输

• 将一个局部变量加载到操作数栈：iload、iload_、lload、lload_、fload、fload_、dload、dload_、aload、aload_
• 将一个数值从操作数栈存储到局部变量表：istore、istore_、lstore、lstore_、fstore、fstore_、dstore、dstore_、astore、astore_
• 将一个常量加载到操作数栈：bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_m1、iconst_、lconst_、fconst_、dconst_
• 扩充局部变量表的访问索引的指令：wide

其中n代表数字，将操作数隐含到指令中

运算指令

用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并把结果重新存入到操作栈顶，可分为对整数和对浮点数进行运算的指令

• 加：iadd、ladd、fadd、dadd
• 减：isub、lsub、fsub、dsub
• 乘：imul、lmul、fmul、dmul
• 除：idiv、ldiv、fdiv、ddiv
• 求余：irem、lrem、frem、drem
• 取反：ineg、lneg、fneg、dneg
• 位移：ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr
• 或：ior、lor
• 与：iand、land
• 异或：ixor、lxor
• 自增：iinc
• 比较：dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp

整型数据运算可能会导致溢出

除和求余中当除数为0时抛出ArithmeticException异常

类型转换指令

将两种不同的数值类型相互转换，一般用于显示转换

JVM直接支持宽化类型转换，无需显示的转换

• int 转为 long、float、double
• long 转为 float、double
• float 转为 double

而窄化类型转换，必须显式使用转换指令

• i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l、d2f

int或long窄化转换为其他整型时直接高位截断，可能导致符号位改变

浮点值窄化转换为其他整型时

• 若为NaN，结果为0
• 若是无穷大，则向零舍入取整，若取整后不在表示范围，则为最大或最小正数

doulbe转为float时

• 向最接近数舍入
• 若转换结果的绝对值太小，则返回float的正负0
• 若转换结果的绝对值太大，则返回float类型的正负无穷大
• NaN依旧为NaN

对象创建和访问指令

用于创建和访问对象和数组实例

• 创建类：new
• 创建数组：newarray、anewarray、multianewarray
• 访问字段：getfield、putfield、getstatic、putstatic
• 把数组元素加载到操作数栈：baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload
• 将操作数栈的值存到数组：bastore、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore
• 取数组长度：arraylength
• 检查类型：instanceof、checkcast

操作数栈管理指令

用于直接操作操作数栈

• 出栈：pop、pop2
• 复制栈顶元素并入栈：dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2
• 将栈顶两元素互换：swap

控制转移指令

让JVM有条件或无条件地从指定位置指令的下一条指令继续执行程序

• 条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt、if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq、if_acmpne
• 复合条件分支：tableswitch、lookupswitch
• 无条件分支：goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret

long、float、double的条件分支操作，会先执行比较运算指令得到int值，再执行int类型的条件分支指令来完成分支跳转

方法调用和返回指令

方法调用

• invokevirtual：调用对象实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派）
• invokeinterface：调用接口方法，会在运行时搜索实现这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用
• invokespecial：调用一些需要特殊处理的实例方法，包括构造方法、私有方法和父类方法
• invokestatic：调用static方法
• invokedynamic：在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法并执行，分派逻辑由用户所设定的引导方法决定

方法返回

• ireturn、lreturn、freturn、dreturn、areturn，return(void)

异常处理指令

显式抛出异常的操作（throw语句）都由athrow指令来实现

运行时异常会在其他指令检测到异常时自动抛出

处理异常（catch语句）不由字节码指令实现，而是采用异常表

同步指令

JVM通过管程（Monitor）可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步

方法级的同步无须通过字节码指令来控制，当方法调用时检查ACC_SYNCHRONIZED，如果设置了，线程就要先持有管程才能执行方法，方法完成时释放管程

同步一段指令序列由synchronized语句块表示，monitorenter和monitorexit实现

大全