一段 java 代码执行旅程

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：

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上述文件反编译后的样子如下：

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