前言简介
前文已经对虚拟机进行过了简单的介绍,并且也对class文件结构,以及字节码指令进行了详尽的说明
想要了解JVM的运行机制,以及如何优化你的代码,你还需要了解一下,java编译器到底是如何编译你的代码的
本文不是从最底层的编译原理讲解
本文是针对java代码,去查看归纳总结编译器的结果行为,从而直观的感受到字节码指令集
也就是说本文的内容,主要针对的是使用javap 查看字节码文件中方法的code属性中的字节码内容
让你从java代码 class文件格式,以及字节码指令集 进行一个直观的演示
提醒:
如果你对字节码指令不了解,而且,没有看过前面的文章,本文可能会轻度不适.
本文示例只是为了展示
您应该经常查看你自己的代码的class文件去发现其中的规律
一条普通的指令格式
<index> <opcode> [ <operand1> [ <operand2>… ]] [<comment>]
index 表示偏移量 行号 等
opcode 表示操作码
operandX表示操作数
comment 为注释
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比如下图所示
行号 0 , 操作码 getstatic ,操作数 #24 注释为 Field java/lang/System………………
其中 index 行号/偏移量 可以作为控制跳转指令的跳转目标 比如 goto 8 表示跳转到索引为8的指令上 |
还有一点需要注意的是,javap查看到的内容,你可以认为是class文件表述的信息,但是绝不能理解为就是class文件中的内容
比如,class文件中没有操作码的助记符,比如,getstatic ,都是指令的二进制值
再比如刚才说到的,跳转到指定行号,对于控制转移指令,实际的操作数是在当前指令的操作码集合中的地址偏移量
并不是那个8
只不过javap工具按照更适合我们阅读的方式进行了翻译
加载存储与算数指令
public static void main(String[] args) { int i = -1; int j = 3; int k = 5; int l = 127; int m = 32767; int n = 32768; int add = i+j; int sub = i-j; int mul = j*k; int div = j/k; int rem = k%j; int neg = ~j; int inc = i++; }
类型转换指令
public static void main(String[] args) { boolean bNum = true; char cNum = 2; byte byteNum = 127; short sNum = 32767; int iNum = 100; long lNum = 65536; float fNum = 2.5f; double dNum = 6.8;
char c1 = (char)byteNum; char c2 = (char)sNum; char c3 = (char)iNum; char c4 = (char)lNum; char c5 = (char)fNum; char c6 = (char)dNum; byte b1 = (byte)cNum; byte b2 = (byte)sNum; byte b3 = (byte)iNum; byte b4 = (byte)lNum; byte b5 = (byte)fNum; byte b6 = (byte)dNum; short s1 = (short)cNum; short s2 = (short)byteNum; short s3 = (short)iNum; short s4 = (short)lNum; short s5 = (short)fNum; short s6 = (short)dNum; int i1 = (int)cNum; int i2 = (int)byteNum; int i3 = (int)sNum; int i4 = (int)lNum; int i5 = (int)fNum; int i6 = (int)dNum; long l1 = (long)byteNum; long l2 = (long)cNum; long l3 = (long)sNum; long l4 = (long)iNum; long l5 = (long)fNum; long l6 = (long)dNum; float f1 = (float)byteNum; float f2 = (float)cNum; float f3 = (float)sNum; float f4 = (float)iNum; float f5 = (float)lNum; float f6 = (float)dNum; double d1 = (double)byteNum; double d2 = (double)cNum; double d3 = (double)sNum; double d4 = (double)iNum; double d5 = (double)lNum; double d6 = (double)fNum; }
javap解析后的内容太长,接下来分段解析
数据的加载与存储
从数据的存储可以看得出来 boolean内部使用的是数值1 也就是1 表示true
数据类型转换为char类型
char byte short int 内部形式均为int 所以转换为char是,使用的全都是 i2c
long float double 先转换为int(l2i f2i d2i) 然后在统一使用 i2c 转换为char
数据类型转换为byte 类型
char byte short int 内部形式均为int 所以转换为byte时,使用的全都是 i2b
long float double 先转换为int(l2i f2i d2i) 然后在统一使用 i2b 转换为 byte
数据类型转换为short 类型
还是同样的道理,
char byte short int 内部形式均为int 所以转换为short 使用的是 i2s
char byte short int 内部形式均为int 所以转换为short 使用的是 i2s
long float double 先转换为int(l2i f2i d2i) 然后在统一使用 i2s 转换为 short
数据类型转换为int 类型
char byte short内部都是int类型.将他们转换为int时,不需要进行转换
如下图所示,一个load 对应一个store
long float double (l2i f2i d2i) 转换为int
数据类型转换为long 类型
char byte short int 内部都是int类型.将他们转换为long 时,使用 i2l
float double 转换为long f2l d2l
数据类型转换为float 类型
char byte short int 内部都是int类型.将他们转换为float 时,使用 i2f
long double 转换为float l2f d2f
数据类型转换为double 类型
char byte short int 内部都是int类型.将他们转换为double 时,使用 i2d
long
float 转换为double l2d f2d
类相关指令
class Super{ } class Sub extends Super{ } new Object(); new Super(); Super s = new Super(); new Double(1.5); new Sub(); Sub sub = new Sub();
new Object();
new Super();
没有赋值给局部变量 仅仅是创建对象 调用new之后,堆中对象的引用保存在栈顶
然后调用构造方法invokespecial
Super s = new Super();
同上面的,需要调用new
因为还需要保存到局部变量
所以new之后 先copy一个,也就是dup
然后调用构造方法 invokespecial
然后从操作数栈保存到局部变量 store
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Super super1 = new Super(); Sub sub = new Sub(); //父类引用可以指向子类 //子类引用不能指向父类 //但是对于指向子类的父类引用 可以通过类型转换为子类 Super subToSuper = sub; Sub superToSub = (Sub) subToSuper;
0 创建Spper 3 复制 4 调用构造方法 7 保存到1号局部变量 8 创建Sub 11 复制 12调用构造方法 15 保存到2号局部变量 16 2号加载到操作数栈 17保存到3号局部变量 18加载3号局部变量到栈 19 checkcast 进行校验确认是否可以转换为指定类型 否则报错抛 classCastException 22 再次保存到局部变量 |
控制转移指令
void intWhile() { int i = 0; while (i < 100) { i++; } } void intDoWhile() { int i = 0; do { i++; } while (i < 100); } void intFor() { int j = 0; for(int i =0;i<100;i++) { j++; } }
intWhile()方法 0. 加载常量0 到操作数栈 1.保存操作数栈元素到1号局部变量 i= 0; 2.直接跳转到第8行 8.1号局部变量加载到操作数栈 也就是i 作为第一个元素 9.加载常量100到操作数栈 也就是100作为第二个元素 11.比较大小,如果前者小于后者 也就是如果 i <100 满足 跳转到第5行 否则顺序执行到14 return 5.给1号局部变量以增量1 增加 然后 8–>9–>11–>5–>8–>9–>11……往复循环 直到条件不满足,从11 跳转到14 结束 |
intDoWhile() 0.加载常量0到操作数栈 1.保存常量0 到1号局部变量 2.给1号局部变量以增量1 进行自增 5.1号局部变量加载到操作数栈 6.常量100加载到操作数栈 8,比较大小 如果前者小于后者也就是 1号局部变量 i<100 跳转到第2行 然后进行往复循环,直到条件不满足,然后顺序到return |
intFor() 0. 加载常量0 到操作数栈 1. 保存栈顶元素到1号局部变量 j=0; 2. 加载常量0到操作数栈 3. 保存栈顶元素到2号局部变量i=0; 4. 跳转到13行 13. 加载2号局部变量到操作数栈 14. 加载常量100到操作数栈 16. 比较大小,如果前者 2号局部变量 i <100 跳转到7 7. 1号局部变量以增量1 自增 j++ 10. 2号局部变量以增量1 自增 i++ 13. 2号局部变量加载到操作数栈
14. 加载常量100到操作数栈
16. 比较大小,如果前者 2号局部变量 i <100 跳转到7
往复循环 如果条件不满足 从16 顺序到19 结束方法 return
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public void fun() { int i = 0; if(i<2) { i++; }else { i--; } }
0, 加载常量0 到栈顶 1,保存栈顶元素 (0) 到1号局部变量 2. 加载1号局部变量到栈顶 3. 加载常量2 到栈顶 4,比较 如果大于后者等于跳转到13 然后1号局部变量 自增1 然后下一步顺序到16 return 否则就是顺序执行到7 1号局部变量 增量为-1 自增运算 然后到10 ,10为跳转到16 return |
方法调用相关指令
public void invoker() { method(2); } public void method(int i) { if(i>5) { System.out.println(i); } }
invoker() 0,加载0号 局变量到栈 (上面基本都是第一个数据被保存到1号局部变量,0 号其实是被this 占用了) 1,加载常量2 到操作数栈 2.调用实例方法(I)V 5 return method(int) |
switch 相关
int i = 5; int j = 6; switch (i) { case 1: j = j + 1; break; case 3: j = j + 2; break; case 5: j = j + 3; break; default: j = j + 4; }
0,1,2,4 分别将 5 和 6 加载并存储到1号和2号局部变量 5.加载1号局部变量到栈 对应 switch (i) { 然后根据tableswitch 表 进行跳转 虽然我们只有1,3,5 但是设置了1到5 ,对于2 和 4 直接跳转到default 40: 2号局部变量 +1
46: 2号局部变量 +2
顺序到49
49: 跳转到61 return
52: 2号局部变量 +3
顺序到55
55: 跳转到61 return
58 2号局部变量 +4 |
int j = 6; String string = "hehe"; switch (string) { case "A": j = j + 1; break; case "hehe": j = j + 2; break; case "C": j = j + 3; break; default: j = j + 4; }
代码千千万,本文只是找一些基本的示例展示字节码与代码的对应关系,想要熟悉这块
唯有没事多javap看看你代码的class文件,才能通宵领悟,进而更好地优化你的代码
比如看看下面的一个很典型的例子
int i = 5; int j = 8; int k = i+j; int l = 3+6;
前一部分: 0. 常量5 加载到栈 1,保存到 1号局部变量 2. 常量8 加载到栈 4 保存到2号 局部变量 5,加载1号局部变量 6, 加载2号局部变量 7 执行iadd 结果会压入栈顶 8 栈顶元素保存到3号局部变量 至此 完成了前三行代码 后一部分: |
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