Java字节码揭秘——第二部分

Java 字节码分类

JVM 字节码集合基本上是分为几个不同的大类的。我们不会逐一介绍字节码的操作符，我们讨论类别，然后着重拿出一些常用的操作符，其余的均可通过 JVM规范 来获取详情。

 

堆栈操作。

• pop 、 pop2 ：将堆栈的值弹出。 pop2 用来弹出 64 位的值， pop 用来弹出 32 位的。
• dup 、 dup2 ：复制堆栈顶端的值。用来形成高效的 pop/push/push 组合。 dup2 也是用在 64 位上的。
• const_null 将 null 的引用推送至堆栈。
• bipush 将单字节的常量值 (-127~128) 推送至堆栈。
• sipush 将一个短整型类型的常量值 (-32K~32K) 推送至堆栈。
• ldc 将常量值从常量池中推送至堆栈。
• Xload ， X 可为 a 、 d 、 f 、 l 或者 i ，是将一个本地 ( 参数或变量 ) 的指定类型推送至堆栈。 a 指引用、 b 指布尔类型、 c 指字符、 d 指双精度类型、 f 指浮点类型、 i 指整型、 l 指长整型、 s 指短整型。该编码模式会在操作符的名字中重复出现。
• Xstore ， X 可为 a 、 d 、 f 、 l 或者 i ，将堆栈顶端的值弹出并放入本地分片中。
• Xconst_Y 是操作符集合中一系列的优化操作，设计用来将 X 类型的常量 Y 值推送至堆栈。例如， iconst_0 就是将整数常量 0 推送至堆栈中，是 bipush 的高效硬编码变种。

 

分支与控制流。

• nop ，啥也不做。
• if( 条件 ) ，条件可以是 null 、 notnull 、 eq 、 ne 、 gt 、 lt 、 _icmpeq 、 _icmpne ……。
• goto 。 Java 代码虽然不支持 goto ，但 JVM 是支持的。
• return 和 Xreturn 。 X 可以为 a 、 d 、 f 、 l 或者 i ，从当前调用方返回，将堆栈顶端作为 X 类型返回。
• lookupswitch 提供了对 switch/case 表的实现。

 

算法指令。 JVM 操作符合其他 CPU 指令集一样有一些基本的算术运算符，例如加减乘除等，也包含一些基本的转换操作符进行放大与缩小的转换：

• 数据转换操作符采用 XtoY 的形式， X 和 Y 可以是 a 、 d 、 f 、 l 或者 i ，堆栈的顶端取符合 X 格式的数，并将转换成 Y 格式后推送回堆栈。
• 算术运算符采用 XOP 的格式， X 可为 d 、 f 、 i 或者 l ， OP 可为加减乘除和取余。
• 字节操作符采用 iOP 的格式， OP 可为与、或、异或、左移位 (shift left) 、右移位 (shift right) 。
• 比较操作符采用 XcmpY 的格式， X 可以是 d ，即基于双精度的比较； f ，即基于浮点的比较；或 l ，即基于长整型的比较。 Y 可以是 g 或者 l 。两个数比较，第一个 > 第二个，则将 1 推送至堆栈；如果 = ，则推送 0 ；如果 < ，则推送 -1 。

 

对象模型指令。 JVM 内置的专门为对象工作的操作符：创建对象、调用方法、访问属性等：

• new 、 newarray 、 anewarray ：创建一个新对象、创建一个数组和创建一个对象应用的数组。对象或数组被推送至堆栈的顶端。在 new 操作符时，并未调用构造函数，调用构造函数是后续代码的工作。
• getfield 、 setfield 、 getstatic 、 setstatic 。在设置值时，值在堆栈的顶端，而对象引用就正好在下方跟着。如果是静态属性的话，显然不需要任何对象引用。
• invokevirtual 、 invokestatic 、 invokespecial 、 invokeinterface 。它们都是调用方法的操作符，方法则由操作计数指定的常量池入口描述。使用推送至堆栈的值作为由左至右的调用参数，即调用的第一个参数位于堆栈的最下部； this 引用位于第一个，也就是在堆栈的最下部引用。 Invokevirtual 操作符表示调用是对对象方法的普通调用， invokeinterface 就是当通过接口的引用调用方法时， invokestatic 表示调用静态方法， invokespecial 表明无需考虑动态绑定的方法调用——为了调用特定版本的类的方法，而不管衍生覆盖类型。
• castclass 、 instanceof 。这两个操作符处理堆栈顶部的引用转换为操作计数隐含的类型。如果成功，新引用或 true 将被推送至堆栈顶端，如果失败，则 CastClassException 异常或 false 被推送。

 

块同步 ( 同步块或方法 ) 。 块同步由两个操作符处理， monitorenter 与 monitorexit 。当调用对象试图获取监控器的代码时，它们都在堆栈上分别持有该对象的引用。事实上是编译器负责保证均衡的出入口调用，所以同步方法或同步块通常需要在 try/finally 块中来保证 monitorexit 操作符一定会被调用。如果不这样做的话，就会让监控器一直被线程占有，最终导致死锁。

 

异常处理。 异常处理并非通过特殊的操作符集合来处理，而是通过创建一个表格，里面标记了块指令——监视并创建一系列的包括需要做什么的入口，也即当特定类型的异常抛出后的操作符偏移量。

The Java Virtual Machine Specification(2nd Edition) JVM规范(第二版)