Java 虚拟机原理栈帧 | 局部变量表 | 操作数栈 | 方法出口 | JVM 指令逐条解析

Posted 2021-09-18 韩曙亮

文章目录

• 前言
• 一、JVM 指令逐条解析
• • 1、Java 代码
  • 2、Java 虚拟机指令
  • 3、分析 JVM 指令
  • 4、局部变量表 与 操作数栈
• 二、方法出口

前言

" 栈帧 " 中存储的是 局部变量表 , 操作数栈 , 动态链接 , 方法出口 ;

一、JVM 指令逐条解析

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1、Java 代码

Java 代码 :

public class HelloWorld {

    public int add() {
        int a = 1;
        int b = 1;
        int c = a + b;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        HelloWorld helloWorld = new HelloWorld();
        helloWorld.add();
    }
}

2、Java 虚拟机指令

反汇编后的结果如下 :

D:\\java>javap -c HelloWorld.class
Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld {
  public HelloWorld();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int add();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_1
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: iload_3
       9: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class HelloWorld
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method add:()I
      12: pop
      13: return
}

3、分析 JVM 指令

分析 add 方法对应的指令 :

• Java 代码 :

    public int add() {
        int a = 1;
        int b = 1;
        int c = a + b;
        return c;
    }

• JVM 指令代码 :

  public int add();
    Code:
       0: iconst_1	
       1: istore_1  
       2: iconst_1  
       3: istore_2  
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: iload_3
       9: ireturn

逐条解析上面的 JVM 指令 :

• 0: iconst_1 : 将 int 类型常量 1 压入栈 , 这里的栈是 操作数栈 ; 对应代码 int a = 1; ;
• 1: istore_1 : 将 int 类型值 存入 局部变量 1 , 局部变量 1 就是 第一个局部变量 a , 该操作就是从 操作数栈 中取出一个值 , 存入到 局部变量 1 中 , 对应的 操作数栈 中的 顶部元素出栈 , 对应代码 int a = 1; ;
  操作数栈 是 " 栈帧 " 中的 操作数栈 ; 可以看做 是一个临时存放数据的区域 , 大部分情况下只有 $1$ 个元素 , 或者空着 ; 进行二元运算时操作数栈有 $2$ 个数值 ;
  局部变量 是 " 栈帧 " 中的 局部变量表 中的元素 ;
• 2: iconst_1 : 将 int 类型常量 1 压入栈 , 这里的栈是 操作数栈 ; 对应代码 int b = 1; ;
• 3: istore_2 : 将 int 类型值 存入 局部变量 2 , 局部变量 2 就是 第 $2$ 个局部变量 b , 该操作就是从 操作数栈 中取出一个值 , 存入到 局部变量 2 b 中 , 对应的 操作数栈 中的 顶部元素出栈 , 对应代码 int b = 1; ;
• 4: iload_1 : 从 局部变量 1 中装载 int 类型值到 操作数栈 中 ; 将 局部变量 a 的值 1 , 装载到操作数栈中 ; 对应代码 int c = a + b; ;
• 5: iload_2 : 从 局部变量 2 中装载 int 类型值到 操作数栈 中 ; 将 局部变量 b 的值 1 , 装载到操作数栈中 ; 对应代码 int c = a + b; ;
• 6: iadd : 执行 int 类型的加法 ; 从 操作数栈 中取出 $2$ 个值 , 进行相加 , 结果再放回 操作数栈 中 ; 对应代码 int c = a + b; ;
• 7: istore_3 : 将 int 类型值 存入 局部变量 3 , 局部变量 3 就是 第 $3$ 个局部变量 c , 该操作就是从 操作数栈 中取出一个值 , 存入到 局部变量 3 c 中 , 对应的 操作数栈 中的 顶部元素出栈 ; 对应代码 int c = a + b; ;
• 8: iload_3 : 从 局部变量 3 中装载 int 类型值到 操作数栈 中 ; 将 局部变量 c 的值 2 , 装载到操作数栈中 ; 对应代码 return c; ;
• 9: ireturn : 从 操作数栈 中取出值 返回 ; 对应代码 return c; ;

4、局部变量表 与 操作数栈

操作数栈 就是用于 临时 存放数据的地方 ;

局部变量表 就是用于 永久 存放数据的地方 ;

二、方法出口

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方法出口 指的是 执行完该行代码后 , 下一行要运行的代码 ;

在下图的代码中 , 执行第 $12$ 行代码 , 进入 add 方法执行该方法的指令 ;

add 方法执行完毕后 , 还要继续向下执行 , 将 add 方法之后执行的代码行号保存到 " 栈帧 " 中的方法出口中 ;

这里 add 方法的 " 方法出口 " 是第 $13$ 行代码 ;