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解答

Java 方法的栈桢分为操作数栈和局部变量区。
通常来说,程序需要将变量从局部变量区加载至操作数栈中,进行一番运算之后再存储回局部变量区中。
Java 字节码可以划分为很多种类型,如加载常量指令,操作数栈专用指令,局部变量区访问指令,Java 相关指令,方法调用指令,数组相关指令,控制流指令,以及计算相关指令。

补充

操作数栈

操作数栈我们知道,Java 字节码是 Java 虚拟机所使用的指令集。

因此,它与 Java 虚拟机基于栈的计算模型是密不可分的。

在解释执行过程中,每当为 Java 方法分配栈桢时,Java 虚拟机往往需要开辟一块额外的空间作为操作数栈,来存放计算的操作数以及返回结果。

具体来说便是:执行每一条指令之前,Java 虚拟机要求该指令的操作数已被压入操作数栈中。在执行指令时,Java 虚拟机会将该指令所需的操作数弹出,并且将指令的结果重新压入栈中。

操作数栈指令

以加法指令 iadd 为例。假设在执行该指令前,栈顶的两个元素分别为 int 值 1 和 int 值 2,那么 iadd 指令将弹出这两个 int,并将求得的和 int 值 3 压入栈中。

iadd指令

由于 iadd 指令只消耗栈顶的两个元素,因此,对于离栈顶距离为 2 的元素,即图中的问号,iadd 指令并不关心它是否存在,更加不会对其进行修改。

Java 字节码中有好几条指令是直接作用在操作数栈上的。

最为常见的便是 dup: 复制栈顶元素,以及 pop:舍弃栈顶元素。

dup 指令常用于复制 new 指令所生成的未经初始化的引用。

Java 相关指令

包括各类具备高层语义的字节码,即

  1. new(后跟目标类,生成该类的未初始化的对象)
  2. instanceof(后跟目标类,判断栈顶元素是否为目标类 / 接口的实例。是则压入 1,否则压入 0)
  3. checkcast(后跟目标类,判断栈顶元素是否为目标类 / 接口的实例。如果不是便抛出异常)
  4. athrow(将栈顶异常抛出)
  5. monitorenter(为栈顶对象加锁)
  6. monitorexit(为栈顶对象解锁)

字段访问指令

静态字段访问指令 getstatic、putstatic,和实例字段访问指令 getfield、putfield。这四条指令均附带用以定位目标字段的信息,但所消耗的操作数栈元素皆不同。

方法调用指令

方法调用指令,包括 invokestatic,invokespecial,invokevirtual,invokeinterface 以及 invokedynamic。

除 invokedynamic 外,其他的方法调用指令所消耗的操作数栈元素是根据调用类型以及目标方法描述符来确定的。

在进行方法调用之前,程序需要依次压入调用者(invokestatic 不需要),以及各个参数。

详情请见我的博客——Java虚拟机是如何识别目标方法的?

数组相关指令

  1. 新建基本类型数组的 newarray
  2. 新建引用类型数组的 anewarray
  3. 生成多维数组的 multianewarray
  4. 求数组长度的 arraylength。

另外,它还包括数组的加载指令以及存储指令。这些指令是区分类型的。例如,int 数组的加载指令为 iaload,存储指令为 iastore。

数组加载存储指令

控制流指令

无条件跳转 goto,条件跳转指令,tableswitch 和 lookupswtich(前者针对密集的 cases,后者针对稀疏的 cases),

返回指令,以及被废弃的 jsr,ret 指令。其中返回指令是区分类型的。例如,返回 int 值的指令为 ireturn。

返回指令

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