一段 java 代码执行旅程

发布于 2021-4-1 16:54
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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?

 

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。

 

jvm的构成
 
让我们回忆一下jvm的构成:一段 java 代码执行旅程-开源基础软件社区

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。

方法的顺序执行和栈帧

 

上代码:

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();}}
复制代码

 

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。

 

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。

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);}}
复制代码

 

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一段 java 代码执行旅程-开源基础软件社区上述文件反编译后的样子如下:一段 java 代码执行旅程-开源基础软件社区

每个方法下面的Code,都是一组指令集。

 

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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已于2021-4-1 16:54:13修改
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