认识达内从这里开始

在我们运行和调试Java程序的时候,经常会提到一个JVM的概念。JVM是Java程序运行的环境，而字节码就像是汇编语言，是JVM的指令集。下面达内java培训先对JVM执行引擎做一下简单介绍，然后根据实例分析JVM字节码的执行过程。

运行时栈帧结构

栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表，操作数栈，动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。

在编译程序员代码的时候，栈帧中局部变量表和操作数栈的大小已经确定了，并且写入到方法表中的Code属性中。

在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧关联的方法称为当前方法。执行引擎运行的所有字节码指令只对当前栈帧进行操作。

局部变量表

局部变量表是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。局部变量表的容量以变量槽(slot)为小单位，每个slot保证能放下32位内的数据类型。虚拟机通过索引定位的方式使用局部变量表，索引值从0开始。值得注意的是，对于实例方法，局部变量表中0位索引的slot默认是this引用;静态方法则不是。而且为了节约内存，slot是可以重用的。

操作数栈

操作数栈的元素可以是任意的Java数据类型。当一个方法开始时，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈入栈操作。

实例分析

下面分析的字节码指令主要是对局部变量表和操作栈的读写。

for循环字节码分析

voidspin(){

inti;

for(i=0;i<100;i++){

;//Loopbodyisempty

}

}

上面是一个空循环的代码，编译后的字节码如下：

Methodvoidspin()

0iconst_0//Pushintconstant0

1istore_1//Storeintolocalvariable1(i=0)

2goto8//Firsttimethroughdon’tincrement

5iinc11//Incrementlocalvariable1by1(i++)

8iload_1//Pushlocalvariable1(i)

9bipush100//Pushintconstant100

11if_icmplt5//Compareandloopiflessthan(i<100)

14return//Returnvoidwhendone

相信大家看到上面的代码都是一脸懵逼，即使有注释还是不知道字节码到底做了什么操作。下面图解每一条指令，帮助理解。上面的代码都是对局部变量表和操作数栈的操作，所以我们的关注点就在这两个区域上。(栈是自顶向下的)

0iconst_0//把常量0放入栈

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

||0|

+-----------------+

|||

+--------+--------+

1istore_1//把栈顶的元素出栈，存到局部变量表索引为1的位置

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|0||

+-----------------+

|||

+--------+--------+

2goto8//跳转到8条指令

8iload_1//把局部变量表中索引为1的变量入栈

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|0|0|

+-----------------+

|||

+--------+--------+

9bipush100//把100入栈

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|0|0|

+-----------------+

||100|

+--------+--------+

11if_icmplt5//出栈两个元素v1，v2，比较它们的值，当且仅当v1

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|0||

+-----------------+

|||

+--------+--------+

5iinc11//自增局部变量表中索引为1的值

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|1||

+-----------------+

|||

+--------+--------+

//进行下次循环直到指令11不满足，到达指令14

14return//清空栈，执行引擎把控制权交换给调用者。

+--------+--------+

|local|stack|

+-----------------+

|100||

+-----------------+

|||

+--------+--------+

以上就是for循环字节码执行的过程。可以发现，所有指令都是围绕者局部变量表和操作数栈在操作。

解惑

指令iconst_0,iload_1的命名解读

一个i代表这是对int数据类型进行的操作

const,load是操作码

0,1是隐含的操作数

上面的两个指令等价于iconst0,iload1

详细的字节码解释查阅《JVM虚拟机规范》

try-catch-finally字节码分析

staticintinc(){

intx;

try{

x=1;

returnx;

}catch(Exceptione){

x=2;

returnx;

}finally{

x=3;

}

}

下面是它的字节码，这次不画图了，里面的命令跟上面的类似。

staticintinc();

descriptor:()I

flags:ACC_STATIC

Code:

stack=1,locals=4,args_size=0

0:iconst_1//try块中的x=1;

1:istore_0//保存栈顶元素到局部变量表中索引为0的slot中

2:iload_0//加载局部变量表中索引为0的值到栈中

3:istore_1//保存栈顶元素到局部变量表中索引为1的slot中

4:iconst_3//finally块中的x=3;

5:istore_0//保存栈顶元素到局部变量表中索引为0的slot中，x的值存在这里。

6:iload_1//加载局部变量表中索引为1的值到栈中

7:ireturn//返回栈顶元素，即x=1;正常情况下函数运行到这里就结束了，如果出现异常根据异常表跳转到指定的位置

8:astore_1//给catch块中定义的Exceptione赋值，存储在slot1中。

9:iconst_2//catch块中的x=2;

10:istore_0

11:iload_0

12:istore_2

13:iconst_3//finally块中的x=3;

14:istore_0

15:iload_2

16:ireturn//此时返回的是slot2中的值，即x=2

17:astore_3//如果出现不属于java.lang.Exception及其子类的异常，才会根据异常表中的规则跳转到这里。

18:iconst_3//finally块中的x=3;

19:istore_0

20:aload_3//将异常加载到栈顶，

21:athrow//抛出栈顶的异常

Exceptiontable:

fromtotargettype

048Classjava/lang/Exception

0417any

81317any

字节码中0~4行将整数1赋值为变量x，x存储在slot0中，并且将x的值拷贝一份放到slot1。如果没有出现异常，继续走到5~7行，将x赋值为3，然后读取slot1中的值到栈顶，后ireturn返回栈顶的值，方法结束。

如果出现异常，PC寄存器指针转到8行，8~16行所做的事情就是将2赋值给x，然后保存x的拷贝，后将x赋值为3。方法返回前将x的拷贝2读取到栈顶。

如果在0~4，8~13行中出现其他异常，则跳转到17行执行，先同样执行finally块中的x=3，后抛出异常，方法结束。

Java的异常处理是通过异常表的方式来决定代码执行的路径。而finally的实现是通过在每个路径的后加入finally块中的字节码实现的。达内java培训认为，熟练掌握这些，就能更好的进行java异常处理，希望对大家有所裨益。