重学JVM之虚拟机栈

虚拟机栈是程序方法执行的地方。

JVM虚拟机栈.png

虚拟机栈中每一个栈帧可以理解为一个方法。每个栈帧中包涵执行方法所需要的操作数栈、局部变量表、动态链接和返回地址。

局部变量表

用来存放方法运行时的传入的参数和方法内部的局部变量，主要是存放Java的8大基础类型，如果是对象的话，则存放对象的引用地址，实际对象会在堆上分配内存（大部分情况下，有少数情况也会有栈上分配的情况）。局部变量的大小最大容量会编译后记录在class文件中。

操作数栈

用来存放和当前操作相关的数据。

动态链接

当方法内调用其他方法时，因为Java语言的多态特性，需要依靠动态链接找到实际需要执行的方法。即将符号引用转换为直接引用。

返回地址

正常返回：
调用程序计数器中的地址作为返回
异常返回：
返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息

怎么看字节码指令呢？

下面是笔者常用的几种方法

• javap命令，操作比较麻烦一点，但还是很好用的
• 插件：ASM Bytecode Viewer，安装完成后在文件中左键，选择功能即可
• Kotlin代码，Tools > Kotlin > Show Kotlin Bytecode

方法2、3都是在IDEA/AS开发工具中用到的。最近Kotlin用的比较多，所以常用第三种。

举个例子.jpg

源码：

fun add():Int {
    val value1 = 1
    val value2 = 7

    val value3 = value1+value2

    return value3 + 3
}

Kotlin Bytecode处理后：

// ================com/chenlong/KtTestKt.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class com/chenlong/KtTestKt {
  // access flags 0x19
  public final static add()I
   L0
    LINENUMBER 4 L0
    ICONST_1
    ISTORE 0
   L1
    LINENUMBER 5 L1
    BIPUSH 7
    ISTORE 1
   L2
    LINENUMBER 7 L2
    ILOAD 0
    ILOAD 1
    IADD
    ISTORE 2
   L3
    LINENUMBER 9 L3
    ILOAD 2
    ICONST_3
    IADD
    IRETURN
   L4
    LOCALVARIABLE value3 I L3 L4 2
    LOCALVARIABLE value2 I L2 L4 1
    LOCALVARIABLE value1 I L1 L4 0
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 3

  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 4, 0}, bv={1, 0, 3}, k=2, d1={"\u0000\u0008\n\u0000\n\u0002\u0010\u0008\n\u0000\u001a\u0006\u0010\u0000\u001a\u00020\u0001\u00a8\u0006\u0002"}, d2={"add", "", "d1023"})
  // compiled from: KtTest.kt
}

现在开始读读读读读
LX这个可以不用管
LINENUMBER X X也可以不用（LINENUMBER 4，这个的4其实.java文件的行号，不看也可以）
下面逐行阅读：

1. 初始情况

   
   
   JVM虚拟机栈操作0.png

2. ICONST_1：把常量 1 压入操作数栈栈顶
   

   JVM虚拟机栈操作1.png

3. ISTORE 0：把操作数栈顶的元素出栈并放入局部变量表下标 0的位置
   

   JVM虚拟机栈操作2.png

4. BIPUSH 7：把常量7压入操作数栈栈顶
   为什么7是BIPUSH而1是ICONST呢？
   这应该是JVM的优化吧，具体我也不懂。
   -128到127之间，-1到5是ICONST，其他是BIPUSH，-128以下和127以上用SIPUSH。
   我是怎么知道的？
   Kotlin Bytecode很强大，实时翻译，稍微测一下就知道了！
   

   JVM虚拟机栈操作3.png

5. ISTORE 1：把操作数栈顶的元素出栈并放入局部变量表下标 1的位置
   

   JVM虚拟机栈操作4.png

6. ILOAD 0：把局部变量下标 0的值放入操作数栈栈顶
   

   JVM虚拟机栈操作5.png

7. ILOAD 1：把局部变量下标 1的值放入操作数栈栈顶
   

   JVM虚拟机栈操作7.png

8. IADD：将操作数栈栈顶的和栈顶下面的一个进行加法运算后放入栈顶
   

   JVM虚拟机栈操作8.png

9. ISTORE 2：把操作数栈顶的元素出栈并放入局部变量表下标 2的位置
   

   JVM虚拟机栈操作9.png

10. ILOAD 2：把局部变量下标 2的值放入操作数栈栈顶
    

    JVM虚拟机栈操作10.png

11. ICONST_3：把常量 3压入操作数栈栈顶
    

    JVM虚拟机栈操作11.png

12. IADD：将操作数栈栈顶的和栈顶下面的一个进行加法运算后放入栈顶
    

    JVM虚拟机栈操作12.png

13. IRETURN：把操作数栈里面的11返回。然后整个栈帧从虚拟机栈中出栈，局部变量表和操作数栈完成任务，拉出去销毁。

从这里可以看到基于栈实现的JVM，运行起来还是蛮复杂的。