JVM-Java字节码

Java是一种面向对象的，静态类型的，需要编译执行的语言。运行在Java虚拟机上，并提供了自动的垃圾回收机制。

编程语言跨平台的方式：

源代码跨平台：

源代码跨平台

二进制跨平台：

二进制跨平台

字节码，类加载器，虚拟机的关系：

关系图

Java将源代码，通过javac编译器将代码编译成字节码.class文件，在执行java命令，将.class文件加载到虚拟机中，通过虚拟机的类加载器加载成类的实例，并保存在内存中，供运行时使用。

字节码(Java bytecode)实际上是由单字节(byte)的指令组成，理论上最多支持256个操作码(opcode)，JVM虚拟机像计算机一样按字节码指令去执行它。

1. 栈操作指令，包括与局部变量交互的指令
2. 程序流程控制指令
3. 对象操作指令，包括方法调用指令
4. 算术运算以及类型转换指令

算术操作与类型转换操作码：

操作码

方法调用指令：

• invokestatic，顾名思义，这个指令用于调用某个类的静态方法，这是方法调用指令中最 快的一个。
• invokespecial, 用来调用构造函数，但也可以用于调用同一个类中的 private 方法, 以及 可见的超类方法。
• invokevirtual，如果是具体类型的目标对象，invokevirtual 用于调用公共，受保护和 package 级的私有方法。
• invokeinterface，当通过接口引用来调用方法时，将会编译为 invokeinterface 指令。
• invokedynamic，JDK7 新增加的指令，是实现“动态类型语言”(Dynamically Typed Language)支持而进行的升级改进，同时也是 JDK8 以后支持 lambda 表达式的实现基 础。

由于Java虚拟机是基于字节码指令执行的，所以理论上Java虚拟机提供了语言无关性的能力，他所能提供的语言描述能力也要比Java语言本身更加强大。

语言无关性

如何生成字节码？

通过javac指令，编译源代码，在通过javap -c指令查看字节码。

image.png

所有的计算都是在栈上，但是我们变量的名字和变量的值，都在本地变量表里。

JVM是模拟一台基于栈的计算机，每个线程都有独属于自己的线程栈(JVM Stack)，用于存储栈帧(Frame)。每个方法调用，JVM都会自动创建一个栈帧。栈帧由操作数栈（Operand Stack），局部变量数组（Local variables）以及一个Class引用组成。Class引用指向当前方法在运行时常量池中对应的Class。

image.png

Demo例子：

public class Demo{
    public static void foo(){
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 5;
    }
}

Demo的反编译文件信息： java -c -v Demo

Classfile /Users/kuaikan/Demo.class
  Last modified 2021-2-17; size 249 bytes
  MD5 checksum 23df48a1e96791ecfac2821b402e530e
  Compiled from "Demo.java"
public class Demo
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#11         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #12            // Demo
   #3 = Class              #13            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               <init>
   #5 = Utf8               ()V
   #6 = Utf8               Code
   #7 = Utf8               LineNumberTable
   #8 = Utf8               foo
   #9 = Utf8               SourceFile
  #10 = Utf8               Demo.java
  #11 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V
  #12 = Utf8               Demo
  #13 = Utf8               java/lang/Object
{
  public Demo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void foo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=0
         0: iconst_1
         1: istore_0
         2: iconst_2
         3: istore_1
         4: iload_0
         5: iload_1
         6: iadd
         7: iconst_5
         8: imul
         9: istore_2
        10: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 2
        line 5: 4
        line 6: 10
}

代码动态执行的例子：

jvmstack.gif

通过上面的gif图可以看出，foo方法只需要用到栈空间为2，局部变量表为3，正好对应反编译出来的，foo方法中的Code部分，stack=2，locals=3这里。

所以我们可以看出，代码在编译之后，实际上已经可以确定当前方法的栈空间大小以及局部变量表大小。

从助记符到二进制：

在.class文件中都是大量的二进制code，javap相当于将二进制文件翻译成可读的形式输出出来。

image.png