深入JVM学习笔记 JVM指令介绍

JVM指令介绍

栈和局部变量操作

1、常量入栈操作
  --入栈操作三种方式指明常量的值：常量值隐式包含在操作码内部，常量值在字节码流中如同操作数一样紧随在操作码之后，或者从常量池中取出常量
 
  --Java栈中每一个位置的长度都是一个字长（至少32位宽）
 
  --Java源代码中所有的字符串文字最终都作为入口存储与常量池中。如果同一个应用程序的多个类都使用同样的字符串文字，按摩此字符串文字将在使用它的所有类的class文件中出现。但Java虚拟机会把所有具有相同字符顺序的字符串文字处理为同一个String对象，只会创建一个相应的String对象来表示所有的字符串文字。
  备注：要深刻理解源代码中字符串文字与JVM生成的String对象的差别。
 
  --wide指令：跳转指令并不允许直接跳转到被wide指令修改过的操作码。
 
类型转换

1、设计 byte short和char类型的运算操作首先会把这些值转换为int类型，然后对int类型值进行运算，最后得到int类型的结果。

整数运算

  --取余运算 irem 取反运算 ineg

逻辑运算
  -- "<<" ishl 向左移位 
     ">>" ishr 向右移位
     ">>>" iushr 逻辑移位
    
浮点运算

1、在Java虚拟机中，浮点运算基于32位float类型和64位double类型进行。浮点数由符号、尾数、基数和指数四部分组成。

2、float类型的格式如下，符号位表示为s，指数位表示为e，尾数位表示为m：指数占8位，double类型中占11位
   s eeeeeeee mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm
   指数位的解释有三种方式：
   指数位全为1，表示该数为乘法或者减法所产生的特殊值之一——无穷大或者非数字（NaN），NaN是某种特殊操作，诸如0除以0的结果。
   指数位全是0，表示该数是一个非规范化浮点数。
   其他类型的指数位表示该数十一个规范化的浮点数。

3、float类型的特殊值
   指数位全为1而且尾数位全为0，表示无穷大
   指数位全为1，尾数位不全为0，表示该数为"NaN":Java虚拟机总是为NaN产生同样的尾数，除了尾数中最高有效位为1外，其余全为0
  
4、2的幂指数的确定
   指数位既不全为0，也不全为1，该数即为规范化的浮点数。可以通过把指数看成一个整数，然后减去一个偏移量来确定2的幂指数。对于float类型，偏移量是127，double类型是1023
  
   浮点数表示参考文章：http://apps.hi.baidu.com/share/detail/30212277
  
对象和数组

1、只有对象引用和基本类型可以在Java的栈中以局部变量形式存在，Java栈中不能容纳对象。

2、针对数组的操作码
   --newarray操作码用来创建基本类型的数组
   --anewarray/multianewarray操作码用来创建对象引用的数组
  
finally子句
  --jsr指令是使Java虚拟机跳转到微型子例程的操作码。
  --ret指令的功能是执行从子例程中返回的操作。 
  jsr指令会把返回地址压入栈，在执行子例程开始时又会把返回地址弹出栈，然后存入局部变量中。当finally执行结束后（此结束是指finally执行到了最后一条语句正常执行完毕，不包括抛出异常，或执行return、continue、break等情况），ret指令从局部变量里取出返回地址，然后返回。如果finally子句非正常结束，则根本不会执行ret指令，这也是为什么返回地址要从栈中弹出并存到局部变量的原因，否则如果ret指令不执行该地址将存在在栈中而不会被用到。
 
  --Java虚拟机在finally子句执行完毕钱返回一个值的方式：
 

public class Test4 {
	
	public int test(){
		int i = 0;
		try{
			i = 1;
			return i;
		}finally{
			i = 2;
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Test4 t = new Test4();
		System.out.println(t.test());
	}
}
---------------------
   i = 1

  虽然finally改变了i的值，但是虚拟机仍会返回执行finally子句前的i的值；如果需要finally子句改变返回值，就不得不在finally子句里加一个return语句，用来返回被finally子句更新过的值（如下代码）。
 
 

public class Test4 {
	
	public int test(){
		int i = 0;
		try{
			i = 1;
		}finally{
			i = 2;
			return i;
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Test4 t = new Test4();
		System.out.println(t.test());
	}
}
---------------------
  i = 2

 
方法的调用和返回

1、对于实例方法，使用invokevirtual指令；对于类方法，使用invokestatic指令。
 
 
2、方法调用的过程描述
 
 
3、通常使用invokevirtual指令调用实例方法，但在某些特定的情况下，也会使用另外两种操作码——invokespecial和invokeinterface。
  --当根据引用的类型来调用实例方法，而不是根据对象的类来调用的时候，通常使用invokespecial指令。分三种情况：
  1）实例初始化(<init>())方法
  2）私有方法
  3）使用super关键字所调用的方法
  --当给出一个接口的引用时，使用invokeinterface来调用一个实例方法
 
  备注：invokevirtual只能调用当前类的方法，无法使用超类的方法。——对象初始化时在调用自身的<init>()的时候会首先调用父类的<init>()方法，而invokespecial可以完成这样的操作。
 
  释疑： 什么是根据引用的类型，什么是根据对象的类(参考下面的代码可知)
  情况一：
 

public class SuperClass{
  	private void speakHi(){
  	    System.out.println("super class say hi");
  	}
  	
  	void sayHi(){
  	   speakHi();
  	}
  }
  
  public class SubClass extends SuperClass{
  	void speakHi(){
  	    System.out.println("sub class say hi");
  	}
  	
  	public static void main(String[] args){
  		SubClass ins = new SubClas();
  		ins.sayHi();
  	}
  }

  运行结果： super class say hi
  解释：main方法中创建的对象类型是SubClass，但SubClass的sayHi()方法是从SuperClass继承过来的，所以此时引用的类型其实是SuperClass，而invokespecial根据引用的类型来调用实例方法，即SuperClass的speakHi()。且此时所调用方法为私有方法。
 
  情况二：

 public class SuperClass{
  	private void speakHi(){
  	    System.out.println("super class say hi");
  	}
  	
  	void sayHi(){
  	   speakHi();
  	}
  }
  
  public class SubClass extends SuperClass{
  	void speakHi(){
  	    System.out.println("sub class say hi");
  	}
  	
  	void sayHi(){
  	   speakHi();
  	}
  	
  	public static void main(String[] args){
  		SubClass ins = new SubClas();
  		ins.sayHi();
  	}
  }

  运行结果： sub class say hi
  解释：SubClass覆盖了SuperClass的sayHi()方法，此时不仅创建的对象类型是SubClass，真正引用的类型也是，所以调用的就是SubClass的speakHi()。这也从另一面证明了第一种情况的正确性。
 
  --Java虚拟机使用不同于类引用(invokevirtual)的操作码来调用接口引用(invokeinterface)的方法，这是因为Java不能像使用类引用那样，使用许多和方法表偏移量相关的假设。对于类引用来说，无论对象实际的类是什么，方法在方法表中始终占据相同的位置，但对于接口引用来说，情况就不是这样了，位于不同类中的同一方法所占据的位置是不同的，尽管这些类实现同一个接口。

线程同步

1、Java使用的同步机制是监视器。
  --一个线程只有在它正持有监视器时才能执行等待命令，而且它只能通过再次成为监视器的持有者才能离开等待区。
 
2、对象锁
  --堆和方法区是被所有线程共享的，Java程序需要为两种多线程访问数据进行协调：
    保存在堆中的实例变量
    保存在方法区中的类变量
   
3、可重入锁：一个线程可以允许多次对同一个对象上锁。对于每一个对象来说，Java虚拟机维护一个计数器，记录对象被加了多少次锁。没有被锁的对象的计数器是0，当一个线程第一次获得锁的时候计数跳到1，线程没加锁一次，计数器就加1，（只有已经拥有了这个对象的锁的线程才能对该对象再次加锁。在它释放锁之前，其他的线程不能对这个对象加锁）每当线程释放锁一次，计数器就减1，当计数器跳到0的时候，锁就完全被释放了，其他的线程才可以使用它。