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一段java代码是如何执行的?

一段java代码是如何执行的?

作者: 键盘灬鼠标 | 来源:发表于2021-03-25 15:37 被阅读0次

    当你学会了java语言之后,你写了一些代码,然后你想要执行你的代码,来达成某些功能。那么,你都知道这段代码都是如何执行的吗?

    1. 编译成class

    众所周知,java代码是不能直接在jvm上执行的,执行的是class文件,将java代码编程class文件,需要编译

    常用的编译方法是:javac xxx.java

    但目前常见的java编辑工具,如eclipse和ideal都自带自动编译动能

    2. jvm的构成

    让我们回忆一下jvm的构成:


    image.png

    主题上分为五个部分:

    方法区,本地方法栈,java堆,java栈,程序计数器

    其中,java栈,本地方法栈,程序计数器为线程私有,其余为线程共享

    那么,方法在哪个地方执行呢?

    java栈。

    栈的遵循的方式是先进后出,java栈中方法的执行也遵循此规律,方法执行的步骤又称为栈帧。

    3. 方法的顺序执行和栈帧

    上代码:

    Java 代码

    public class Main {
        public static void a(){
            b();
        }
     
        public static void b(){
            c();
        }
     
        public static void c(){
            System.out.println("Hello world!");
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            a();
        }
    }
    

    上面是一段很简单的代码,主体上就是:

    (1)一个Main类

    (2)上面定义了一个main方法

    (3)该main方法调用了静态方法a

    (4)方法a调用方法b

    (5)方法b调用方法c

    (6)方法c打印了“Hello world!”

    前文说过,java定义的非本地方法都是在java栈内执行的,一方法一栈帧

    所以假设

    mian方法对应栈帧m

    a方法对应栈帧a
    b方法对应栈帧b
    c方法对应栈帧c
    根据方法的调用,入栈顺序为:m,a,b,c

    所以,栈帧出栈(即方法执行)顺序为:c,b,a,m

    4. class文件反编译过后的样子

    上一节,方法或栈帧在java栈的执行顺序,但在方法体内的内容是怎么执行的呢。

    前文提到,jvm执行的是class文件,而class文件内是什么?

    class文件内是一组指令集。

    如何证明呢,还是再看一段代码。

    Java 代码

    public class Calculator{
        public int add(){
            int n = 10;
            int m = 20;
            int r = n + m;
            return r;
        }
     
        public static void main(String[] args) {
            Calculator calculator = new Calculator();
            int a = calculator.add();
            System.out.println(a);
        }
    }
    

    如上代码,实现的功能是:

    (1)定义两个变量,相加

    (2)main方法new对象,调用方法

    但,class文件是不可以直接查看的。

    我们可以采用反编译的方法,反编译命令:

    javap -c xxx.class


    image.png

    上述文件反编译后的样子如下:


    image.png
    每个方法下面的Code,都是一组指令集。

    5. 指令集详解

    在讨论指令集之前,首先要讲一个概念,那就是对栈帧进一步拆分。

    栈帧一共分为四个部分:局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址

    其中,局部变量表和操作数栈是最重要的两个部分,局部变量表存放在方法中定义的局部变量,操作数栈相当于jvm的一个缓存,所有的操作都必须在此处进行,所有的变量都必须加载到操作数栈才能被使用。所以,所谓指令,就是在局部变量表和操作数栈来回倒腾的过程。

    下面对指令进行分类讲解:

    (1)入栈指令

    整型入栈指令:

    取值-1~5采用iconst指令;
    取值-128~127采用bipush指令;
    取值-32768~32767采用sipush指令;
    取值-2147483648~2147483647采用ldc指令。
    非整型入栈指令:

    float,String类型也使用ldc指令
    double和long类型使用ldc_2w
    boolean类型视作0和1
    null的入栈指令为:aconst_null

    (2)存储指令

    将操作数栈中的常量保存在局部变量表中的某个位置

    如:

    istore_1:将上面入栈的整型常量保存在局部变量表中的第1个位置
    fstore_2:将上面入栈的浮点常量保存在局部变量表中的第2个位置
    dstore_10:将上面入栈的双浮点常量保存在局部变量表中的第10个位置
    lstore_20:将上面入栈的长整常量保存在局部变量表中的第20个位置
    astore_100:将上面入栈的引用常量保存在局部变量表中的第100个位置

    (3)变量入栈指令

    iload_1:局部变量表中的第1个位置的整型变量入栈
    fload_2:局部变量表中的第1个位置的浮点型变量入栈
    dload_10:局部变量表中的第1个位置的双浮点型变量入栈
    lload_20:局部变量表中的第1个位置的长整型变量入栈
    aload_100:局部变量表中的第100个位置的引用型变量入栈

    (4)计算指令

    加:iadd、ladd、fadd、dadd
    减:isub、lsub、fsub、dsub
    乘:imul、lmul、fmul、dmul
    除:idiv、ldiv、fdiv、ddiv
    注意:栈顶计算,一次只能计算一个表达式

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