字节码指令集
概述
1、在 JVM 指令集中,大多数的指令都包含其操作,所对应的数据类型信息
2、对于大部分与数据类型相关的字节码指令,它们的操作码助记符中都有特殊的字符,表明专门为哪种数据类型服务
(1)i 代表 int
(2)l 代表 long
(3)s 代表 short
(4)b 代表 byte
(5)c 代表 char
(6)f 代表 float
(7)d 代表 double
3、一些指令的助记符中,没有明确地指明操作类型的字母,如:arraylength 指令,它没有代表数据类型的特殊字符,但操作数永远只能是一个数组类型的对象
4、一些指令,如:无条件跳转指令 goto,则是与数据类型无关
5、大部分的指令都没有支持整数类型 byte、char、short,没有任何指令支持 boolean
(1)编译器会在编译期或运行期,将 byte、short 类型的数据带符号扩展(Sign-Extend)为相应的 int 类型数据
(2)将 boolean、char 类型数据零位扩展(Zero-Extend)为相应的 int 类型数据
(3)在处理boolean、byte、short、char 类型的数组时,也会转换为使用对应的 int 类型的字节码指令来处理
(4)大多数对于 boolean、byte、short、char 类型数据的操作,实际上都是使用相应的 int 类型作为运算类型
6、将 JVM 中的字节码指令集,按用途分成 9 类
(1)加载与存储指令
(2)算术指令
(3)类型转换指令
(4)对象的创建与访问指令
(5)方法调用与返回指令
(6)操作数栈管理指令
(7)比较控制指令
(8)异常处理指令
(9)同步控制指令
7、进行值相关操作时
(1)一个指令,可以从局部变量表、常量池、堆中对象、方法调用、系统调用中等取得数据,这些数据(可能是值,可能是对象的引用)被压入操作数栈
(2)一个指令,也可以从操作数栈中取出一到多个值(出栈多次),完成赋值、加减乘除、方法传参、系统调用等操作
操作数栈
1、在解释执行过程中,每当为 Java 方法分配栈帧时,JVM 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
2、执行每条指令之前,JVM 要求该指令的操作数已被压入操作数栈中
3、在执行指令时,JVM 的操作数会将该指令所需的操作树弹出,将指令的结果重新压入栈中
加载与存储指令
1、局部变量压栈指令
(1)将一个局部变量加载到操作数栈
(2)xload、xload_n:其中 x 为 i、l、f、d、a;n 为 0 到 3
2、常量入栈指令
(1)将一个常量加载到操作数栈
(2)bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_m1、iconst_i、lconst_l、fconst_f、dconst_d
3、出栈装入局部变量表指令
(1)将一个数值从操作数栈存储到局部变量表
(2)xstore、xstore_n:其中 x 为 i、l、f、d、a;n 为 0 到 3
(3)xastore,其中 x 为 i、l、f、d、a、b、c、s
4、扩充局部变量表的访问索引的指令:wide
5、以上所列举的指令助记符中,一部分是以 n 结尾,实际上代表一组指令
(1)这几组指令都是某个带有一个操作数的通用指令的特殊形式
(2)对于这若干组特殊指令,它们表面上没有操作数,不需要进行取操作数的动作,但操作数都隐含在指令中
(3)除此之外,它们的语义与原生的通用指令完全一致
(4)字母指定了指令隐含操作数的数据类型:n 代表非负的整数,i 代表是 int 类型,l 代表 long 类型,f 代表 float 类型,d 代表 double 类型
局部变量压栈指令
1、将给定的局部变量表中的数据,压入操作数栈
2、xload_n
(1)x 为 i、l、f、d、a;x 取值表示数据类型
(2)n 为 0 到 3
(3)表示将局部变量 n,压入操作数栈
3、xload
(1)x 为 i、l、f、d、a;x 取值表示数据类型
(2)通过指定参数的形式,把局部变量压入操作数栈,当使用这个命令时,表示局部变量的数量可能超过 4 个
iload 从局部变量中装载int类型值
lload 从局部变量中装载long类型值
fload 从局部变量中装载float类型值
dload 从局部变量中装载double类型值
aload 从局部变量中装载引用类型值(refernce)
iload_0 从局部变量0中装载int类型值
iload_1 从局部变量1中装载int类型值
iload_2 从局部变量2中装载int类型值
iload_3 从局部变量3中装载int类型值
lload_0 从局部变量0中装载long类型值
lload_1 从局部变量1中装载long类型值
lload_2 从局部变量2中装载long类型值
lload_3 从局部变量3中装载long类型值
fload_0 从局部变量0中装载float类型值
fload_1 从局部变量1中装载float类型值
fload_2 从局部变量2中装载float类型值
fload_3 从局部变量3中装载float类型值
dload_0 从局部变量0中装载double类型值
dload_1 从局部变量1中装载double类型值
dload_2 从局部变量2中装载double类型值
dload_3 从局部变量3中装载double类型值
aload_0 从局部变量0中装载引用类型值
aload_1 从局部变量1中装载引用类型值
aload_2 从局部变量2中装载引用类型值
aload_3 从局部变量3中装载引用类型值
iaload 从数组中装载int类型值
laload 从数组中装载long类型值
faload 从数组中装载float类型值
daload 从数组中装载double类型值
aaload 从数组中装载引用类型值
baload 从数组中装载byte类型或boolean类型值
caload 从数组中装载char类型值
saload 从数组中装载short类型值
常量入栈指令
1、将常数压入操作数栈
2、根据数据类型和入栈内容分类
(1)const 系列
(2)push 系列
(3)ldc 指令
3、const 系列
(1)用于对特定的常量入栈,入栈的常量隐含在指令本身里
(2)iconst_i(i 从 -1 到 5)、lconst_l(l 从 0 到 1)、fconst_f(f 从 0 到 2)、dconst_d(d 从 0 到 1)、aconst_null
(3)指令助记符的第一个字符总是表示数据类型,i 表示 int,l 表示 long,f 表示 float,d 表示 double ,习惯上用 a 表示对象引用;如果指令隐含操作的参数,会以下划线形式表示
4、push 系列
(1)将参数压入栈
(2)主要包括 bipush、sipush
(3)区别:接收数据类型的不同,bipush 接收 8 位整数作为参数;sipush 接收 16 位整数
5、ldc 系列
(1)如果以上指令都不能满足需求,那么可以使用万能 ldc 指令
(2)可以接收一个 8 位的参数,该参数指向常量池中的 int、float、String 的索引,将指定的内容压入堆栈
(3)ldc_w:接收两个 8 位参数,能支持的索引范围大于 ldc
(4)如果要压入的元素是 long 或 double,则使用 ldc2_w 指令
类型 | 常数指令 | 范围 |
---|---|---|
int(boolean,byte,char,short) | iconst | [-1, 5] |
bipush | [-128, 127] | |
sipush | [-32768, 32767] | |
ldc | any int value | |
long | lconst | 0, 1 |
ldc | any long value | |
float | fconst | 0, 1, 2 |
ldc | any float value | |
double | dconst | 0, 1 |
ldc | any double value | |
reference | aconst | null |
ldc | String literal, Class literal |
aconst_null 将null对象引用压入栈
iconst_m1 将int类型常量-1压入栈
iconst_0 将int类型常量0压入栈
iconst_1 将int类型常量1压入栈
iconst_2 将int类型常量2压入栈
iconst_3 将int类型常量3压入栈
iconst_4 将int类型常量4压入栈
iconst_5 将int类型常量5压入栈
lconst_0 将long类型常量0压入栈
lconst_1 将long类型常量1压入栈
fconst_0 将float类型常量0压入栈
fconst_1 将float类型常量1压入栈
dconst_0 将double类型常量0压入栈
dconst_1 将double类型常量1压入栈
bipush 将一个8位带符号整数压入栈
sipush 将16位带符号整数压入栈
ldc 把常量池中的项压入栈
ldc_w 把常量池中的项压入栈(使用宽索引)
ldc2_w 把常量池中long类型或者double类型的项压入栈(使用宽索引)
出栈装入局部变量表指令
1、将操作数栈中栈顶元素弹出后,装入局部变量表的指定位置,用于给局部变量赋值
2、主要以 store 形式存在
(1)xstore:x 为 i、l、f、d、a
(2)xstore_n:x 为 i、l、f、d、a;n 为 0 至 3
(3)n 代表局部变量索引
3、xstore 由于没有隐含参数信息,所以需要提供一个 byte 类型的参数,指定目标局部变量表的位置
(1)一般 store 需要带一个参数,指明将弹出的元素,放在局部变量表的第几个位置
(2)为了尽可能压缩指令大小,使用专门 _n(n 为 0 至 3),表示将弹出的元素放置在局部变量表的索引 n 位置
(3)_n 虽然增加指令数量,但可以压缩生成的字节码的体积
(4)如果局部变量表很大,需要存储的槽位大于3,则需要外加一个参数,用来表示需要存放的槽位位置
istore 将int类型值存入局部变量
lstore 将long类型值存入局部变量
fstore 将float类型值存入局部变量
dstore 将double类型值存入局部变量
astore 将将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量
istore_0 将int类型值存入局部变量0
istore_1 将int类型值存入局部变量1
istore_2 将int类型值存入局部变量2
istore_3 将int类型值存入局部变量3
lstore_0 将long类型值存入局部变量0
lstore_1 将long类型值存入局部变量1
lstore_2 将long类型值存入局部变量2
lstore_3 将long类型值存入局部变量3
fstore_0 将float类型值存入局部变量0
fstore_1 将float类型值存入局部变量1
fstore_2 将float类型值存入局部变量2
fstore_3 将float类型值存入局部变量3
dstore_0 将double类型值存入局部变量0
dstore_1 将double类型值存入局部变量1
dstore_2 将double类型值存入局部变量2
dstore_3 将double类型值存入局部变量3
astore_0 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量0
astore_1 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量1
astore_2 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量2
astore_3 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量3
iastore 将int类型值存入数组中
lastore 将long类型值存入数组中
fastore 将float类型值存入数组中
dastore 将double类型值存入数组中
aastore 将引用类型值存入数组中
bastore 将byte类型或者boolean类型值存入数组中
castore 将char类型值存入数组中
sastore 将short类型值存入数组中
wide 使用附加字节扩展局部变量索引
算术指令
1、整数运算
iadd 执行int类型的加法
ladd 执行long类型的加法
isub 执行int类型的减法
lsub 执行long类型的减法
imul 执行int类型的乘法
lmul 执行long类型的乘法
idiv 执行int类型的除法
ldiv 执行long类型的除法
irem 计算int类型除法的余数
lrem 计算long类型除法的余数
ineg 对一个int类型值进行取反操作
lneg 对一个long类型值进行取反操作
iinc 把一个常量值加到一个int类型的局部变量上
2、逻辑运算
(1)移位操作
ishl 执行int类型的向左移位操作
lshl 执行long类型的向左移位操作
ishr 执行int类型的向右移位操作
lshr 执行long类型的向右移位操作
iushr 执行int类型的向右逻辑移位操作
lushr 执行long类型的向右逻辑移位操作
(2)按位布尔运算
iand 对int类型值进行“逻辑与”操作
land 对long类型值进行“逻辑与”操作
ior 对int类型值进行“逻辑或”操作
lor 对long类型值进行“逻辑或”操作
ixor 对int类型值进行“逻辑异或”操作
lxor 对long类型值进行“逻辑异或”操作
(3)浮点运算
fadd 执行float类型的加法
dadd 执行double类型的加法
fsub 执行float类型的减法
dsub 执行double类型的减法
fmul 执行float类型的乘法
dmul 执行double类型的乘法
fdiv 执行float类型的除法
ddiv 执行double类型的除法
frem 计算float类型除法的余数
drem 计算double类型除法的余数
fneg 将一个float类型的数值取反
dneg 将一个double类型的数值取反
3、算术指令集
算数指令 | int(boolean,byte,char,short) | long | float | double | |
---|---|---|---|---|---|
加法指令 | iadd | ladd | fadd | dadd | |
减法指令 | isub | lsub | fsub | dsub | |
乘法指令 | imul | lmul | fmul | dmul | |
除法指令 | idiv | ldiv | fdiv | ddiv | |
求余指令 | irem | lrem | frem | drem | |
取反指令 | ineg | lneg | fneg | dneg | |
自增指令 | iinc | ||||
位运算指令 | 按位或指令 | ior | lor | ||
按位或指令 | ior | lor | |||
按位与指令 | iand | land | |||
按位异或指令 | ixor | lxor | |||
比较指令 | lcmp | fcmpg / fcmpl | dcmpg / dcmpl |
4、比较指令
(1)比较栈顶两个元素的大小,并将比较结果入栈
(2)dempg,dempl、fcmpg、fcmpl、lcmp
(3)首字符 d 表示 double 类型,f 表示 float,l 表示 long
(4)对于 double、float 类型的数字,由于存在 NaN,各有两个版本的比较指令:fcmpg / fcmpl,dcmpg / dcmpl
(5)lcmp 针对 long 型整数,由于 long 型整数没有 NaN 值,无需准备两套指令
(6)两个指令的不同之处在于,如果遇到 NaN 值,fcmpg 会压入 1,fcmpl 会压入 -1
类型转换指令
1、可以将两种不同的数值类型,进行相互转换
2、作用
(1)实现用户代码中的显式类型转換操作
(2)处理字节码指令集中,数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题
byte | char | short | int | long | float | double | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
int | i2b | i2c | i2s | ○ | i2l | i2f | i2d |
long | l2i i2b | l2i i2c | l2i i2s | l2i | ○ | l2f | l2d |
float | f2i i2b | f2i i2c | f2i i2s | f2i | f2l | ○ | f2d |
double | d2i i2b | d2i i2c | d2i i2s | d2i | d2l | d2f | ○ |
宽化类型转换(Widening Numeric Conversions)
1、转换规则
(1)JVM 直接支持以下数值的宽化类型转换,小范围类型向大范围类型的安全转换,并不需要指令执行
(2)从 int 到 long、float、double,对应指令:i2l、i2f、i2d
(3)从 long 到 float、double,对应的指令为:i2f、i2d
(4)从 float 到 double,对应指令为:f2d
(5)简化为:int -> long -> float -> double
2、精度损失问题
(1)宽化类型转换不会因为超过目标类型最大值,而丢失信息,转换前后的值是精确相等的
(2)从 int、long 到 float;long 到 double 时,将可能丢失几个最低有效位上的值,转换后的浮点数值,是根据 IEEE 754 最接近舍入模式,所得到的正确整数值
(3)尽管宽化类型转换实际上是可能发生精度丢失的,但是这种转换永远不会导致 JVM 抛出运行时异常
3、实际上不存在从 byte、char、short 到 int 的宽化类型转换
(1)对于 byte 转为 int,JVM 并没有做实质性的转化处理,只是简单地通过操作数栈交換两个数据
(2)将 byte 转为 long 时,使用的是 i2l,byte 已经等同于 int 类型处理,short 同理
(3)可以减少实际的数据类型,如果为 short、byte 都准备一套指令,则指令的数量就大幅增加,而虚拟机目前的设计上,只愿意使用一个字节表示指令,因此指令总数不能超过256个,为了节省指令资源,将 short、byte 当做 int 处理
(4)由于局部变量表中的槽位固定为 32 位,无论是 byte 或 short 存入局部变量表,都会占用 32 位空间
i2l 把int类型的数据转化为long类型
i2f 把int类型的数据转化为float类型
i2d 把int类型的数据转化为double类型
l2f 把long类型的数据转化为float类型
l2d 把long类型的数据转化为double类型
f2d 把float类型的数据转化为double类型
窄化类型转换
1、转换规则
(1)JVM 直接支持以下窄化类型转换
(2)从 int 至 byte、 short、char,对应指令:i2b、i2c、i2s
(3)从 long 到 int,对应指令:l2i
(4)从 float 到 int、long,对应指令:f2i、f2l
(5)从 double 到 int、long、float,对应指令:d2i、d2l、d2f
2、精度损失问题
(1)窄化类型转换可能会导致转换结果具备不同的正负号、不同的数量级
(2)尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢出、下限溢出、精度丢失等情况,但是 Java虚拟机规范中,明确规定数值类型的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常
3、当将一个浮点值,窄化转换为整数类型 T ( T 限于 int、long 之一)时,将遵循以下转换规则
(1)如果浮点值是 NaN,则转换结果就是 int 或 long 类型的 0
(2)如果浮点值不是无穷大,浮点值使用 IEEE 754 的向零含入模式取整,获得整数值 V
(3)如果 V 在目标类型 T(int 或 long)表示范围之内,则转换结果就是 V
(4)否则,将根据 V 的符号,转换为 T 所能表示的最大或最小正数
4、当将一个 double,窄化转换为 float 时,将遵循以下转换规则
(1)通过向最接近数舍入模式,舍入一个可以使用 float 类型表示的数字
(2)最后结果根据以下 3 条规则判断
(3)如果转换结果的绝对值太小,而无法使用 float 表示,将返回 float 类型的正负零
(4)如果转换结果的绝对值太大,而无法使用 float 表示,将返回 float 类型的正负无穷大
(5)对于 double 类型的 NaN 值,将按规定转換为 float 类型的 NaN 值
i2b 把int类型的数据转化为byte类型
i2c 把int类型的数据转化为char类型
i2s 把int类型的数据转化为short类型
l2i 把long类型的数据转化为int类型
f2i 把float类型的数据转化为int类型
f2l 把float类型的数据转化为long类型
d2i 把double类型的数据转化为int类型
d2l 把double类型的数据转化为long类型
d2f 把double类型的数据转化为float类型
对象操作指令
1、虚拟机平台从字节码层面,对面向对象做深层次的支持、
2、分类
(1)创建指令
(2)字段访问指令
(3)数组操作指令
(4)类型检查指令
创建指令
1、JVM 对类实例、数组的创建与操作使用不同的字节码指令
2、创建类实例的指令
(1)new:接收一个操作数,为指向常量池的索引,表示要创建的类型,执行完成后,将对象的引用压入栈
3、创建数组的指令:
(1)newarray:创建基本类型数组
(2)anewarray:创建引用类型数组
(3)multianewarray:创建多维数组
字段访问指令
1、对象创建后,可以通过对象访问指令,获取对象实例,或数组实例中的字段或者数组元素
2、访问类学段 / static 字段 / 类变量指令:getstatic、putstatic
3、访问类实例字段 / 非 static 字段 / 实例变量的指令:getfield、putfield
数组操作指令
数组指令 | byte(boolean) | char | short | long | long | float | double | reference |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
xaload | baload | caload | saload | iaload | laload | faload | daload | aaload |
xastore | bastore | castore | sastore | iastore | lastore | fastore | dastore | aastore |
1、数组操作指令主要有:xastore、xaload
(1)把一个数组元素,加载到操作数栈的指令:baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload
(2)将一个操作数栈的值,存储到数组元素中的指令:bastore、castore、sastore、iastore、lastore、fastore、dastore、aastore
(3)取数组长度的指令:arraylength,该指令弹出栈顶的数组元素,获取数组的长度,将长度压入栈
2、事项
(1)xaload:在执行时,要求操作数中栈顶元素为数组索引 i,栈顶顺位第 2 个元素为数组引用 a,该指令会弹出栈顶这两个元素,并将 a[i] 重新压入栈
(2)xastore:在执行前,操作数栈顶需要准备 3 个元素:值、索引、数组引用,操作数栈弹出 3 个值,并将值赋给数组中指定索引的位置
类型检查指令
1、检查类实例、数组类型的指令:instanceof、checkcast
2、checkcast
(1)检查类型强制转换是否可以进行
(2)如果可以进行,则 checkcast 指令不会改变操作数栈
(3)否则抛出 java.lang.ClassCastException 异常
3、instanceof
(1)判断给定对象是否是某一个类的实例
(2)会将判断结果压入操作数栈
方法调用指令
1、invokevirtual
(1)调用对象的实例方法
(2)根据对象的实际类型进行分派(虚方法分派),支持多态
(3)Java 语言中最常见的方法分派方式
2、invokeinterface
(1)调用接口方法
(2)在运行时搜索由特定对象所实现的这个接口方法,并找出适合的方法进行调用
3、invokespecial
(1)调用一些需要特殊处理的实例方法,包括实例初始化方法(构造器)、私有方法、父类方法
(2)方法都是静态类型绑定,不会在调用时进行动态派发
4、invokestatic
(1)调用命名类中的类方法 / static 方法
(2)静态绑定
5、invokedynamic
(1)调用动态绑定的方法
(2)JDK 1.7 后新加入的指令
(3)在运行时,动态解析出调用点限定符所引用的方法,并执行该方法
(4)前 4 条调用指令的分派逻辑,固化在 JVM 内部,而 invokedynamic 分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的
方法返回指令
方法返回指令 | void | int | long | float | double | reference |
---|---|---|---|---|---|---|
xreturn | return | ireturn | lreturn | freutrn | dreturn | areturn |
1、方法调用结束前,需要进行返回
2、方法返回指令根据返回值的类型区分
(1)ireturn(当返回值为 boolean、byte、char、short、int 类型时使用)、lreturn、freturn、dreturn、areturn
(2)return:支持声明为 void 方法、实例初始化方法、类和接口的类初始化方法
操作数栈管理指令
1、JVM 提供的操作数栈管理指令,可以用于直接操作操作数栈的指令
(1)将一个或两个元素从栈顶弹出,并且直接废弃:pop,pop2
(2)复制栈顶一个或两个数值,并将复制值重新压入栈顶:dup,dup2,dup_x1,dup2_x1,dup_x2,dup2_x2
(3)交换栈最顶端的两个 Slot 数值位置:swap(JVM 没有提供交换两个 64 位数据类型:long、double 数值的指令)
(4)nop:字节码为 0x00,和汇编语言中的 nop 一样,表示无操作,一般可用于调试、占位等
2、以上指令属于通用型,对栈的压入或弹出无需指明数据类型
控制转移指令
1、比较指令
2、条件分支指令
3、比较条件分支指令
4、多条件分支跳转指令
5、无条件跳转指令
比较指令
1、比较栈顶两个元素的大小,并将比较结果入栈
2、dempg,dempl、fcmpg、fcmpl、lcmp
(1)首字符 d 表示 double 类型,f 表示 float,l 表示 long
(2)对于 double、float 类型的数字,由于存在 NaN,各有两个版本的比较指令:fcmpg / fcmpl,dcmpg / dcmpl
(3)lcmp 针对 long 型整数,由于 long 型整数没有 NaN 值,无需准备两套指令
(4)两个指令的不同之处在于,如果遇到 NaN 值,fcmpg 会压入 1,fcmpl 会压入 -1
条件跳转指令
< | <= | == | != | >= | > | null | not null |
---|---|---|---|---|---|---|---|
iflt | ifle | ifeq | ifng | ifge | ifgt | ifnull | ifnonnull |
1、在条件跳转指令执行前,一般可以先用比较指令进行栈顶元素的准备,然后进行条件跳转
2、ifeq,iflt,ifle,ifne,ifgt,ifge,ifnull,ifnonnull
(1)这些指令都接收两个字节的操作数,用于计算跳转的位置(16 位符号整数作为当前位置的 offset)
(2)统一含义:弹出栈顶元素,测试它是否满足某一条件,如果满足条件,则跳转到给定位置
ifeq 如果等于0,则跳转
ifne 如果不等于0,则跳转
iflt 如果小于0,则跳转
ifge 如果大于等于0,则跳转
ifgt 如果大于0,则跳转
ifle 如果小于等于0,则跳转
ifnull 如果等于null,则跳转
ifnonnull 如果不等于null,则跳转
3、与前面运算规则一致
(1)对于 boolean、byte、char、short 类型的条件分支比较操作,都是使用 int 类型的比较指令完成
(2)对于 long、float、double 类型的条件分支比较操作,则先执行相应类型的比较运算指令,返回一个整型值到操作数栈中,随后再执行 int 类型的条件分支比较操作,完成整个分支跳转
(3)由于各类型的比较,最终都会转为 int 类型的比较操作,所以 JVM 提供 int 类型的条件分支指令是最多的
比较条件跳转指令
< | <= | == | != | >= | > |
---|---|---|---|---|---|
if_icmplt | if_icmple | if_icmpeq、if_acmpeq | if_icmpne、if_acmpne | if_icmpge | if_icmpgt |
1、类似比较指令和条件跳转指令的结合,它将比较和跳转两个步骤合二为一
2、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt、if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq、if_acmpne
(1)if_ 后,以字符 i 开头的指令针对 int 操作(包括 short、byte)
(2)if_ 后,以字符 a 开头的指令表示对象引用的比较
if_icmpeq 如果两个int值相等,则跳转
if_icmpne 如果两个int类型值不相等,则跳转
if_icmplt 如果一个int类型值小于另外一个int类型值,则跳转
if_icmpge 如果一个int类型值大于或者等于另外一个int类型值,则跳转
if_icmpgt 如果一个int类型值大于另外一个int类型值,则跳转
if_icmple 如果一个int类型值小于或者等于另外一个int类型值,则跳转
ifnull 如果等于null,则跳转
ifnonnull 如果不等于null,则跳转
if_acmpeq 如果两个对象引用相等,则跳转
if_acmpne 如果两个对象引用不相等,则跳转
3、所有指令都接收 2 个字节的操作数作为参数,用于计算跳转的位置
(1)同时在执行指令时,栈顶需要准备两个元素进行比较
(2)指令执行完成后,栈顶的两个元素被清空,且没有任何数据入栈
(3)如果预设条件成立,则执行跳转,否则,继续执行下一条语句
多条件分支跳转
1、专为 switch case 语句设计
2、tableswitch:用于 switch 条件跳转,case 值连续,通过索引访问跳转表,并跳转
3、lookupswitch:用于 switch 条件跳转,case 值不连续,通过键值匹配访问跳转表,并执行跳转操作
4、区别
(1)tableswitch:要求多个条件分支值是连续的,它内部只存放起始值和终止值,以及若干个跳转偏移量,通过给定的操作数index,可以立即定位到跳转偏移量位置,因此效率比较高
(2)lookupswitch:内部存放着各个离散的 case-offset 对,case-offset 对按照 case 值大小排序,给定 index 时,每次执行都要搜索全部的 case-offset 对,查找与 index 相等的 case,获得其 offset,并根据对应的 offset 计算跳转地址,因此效率较低
(3)如果找不到,则跳转到 defauit
无条件跳转
1、主要的无条件跳转指令为 goto
(1)接收两个字节的操作数,共同组成一个带符号的整数
(2)用于指定指令的偏移量
(3)指令执行的目的就是跳转到偏移量给定的位置处
2、如果指令偏移量太大,超过双字节的带符号整数的范围,则可以使用指令 goto_
(1)和 goto 有相同的作用
(2)但它接收 4 个字节的操作数,可以表示更大的地址范围
3、jsr、jsr_w、ret
(1)主要用于 try-finally 语句
(2)jsr:跳转至指定 16 位 offset 位置,并将 jsr 下一条指令地址压入栈顶
(3)jsr_w:挑转至指定 32 位 offeset 位置,并将 jsr_w 下一条指令地址压入栈顶
(4)ret:返回至由指定的局部变量,所给出的指令位置,一般与 sr、jsr_w 联合使用
(5)已经被虚拟机逐渐废弃
异常处理指令
athrow 抛出异常或错误,将栈顶异常抛出
jsr 跳转到子例程
jsr_w 跳转到子例程(宽索引)
rct 从子例程返回
1、athrow
(1)在 Java 程序中显示抛出异常的操作(throw 语句),都是由 athrow 指令实现
(2)除了使用 throw 语句显示抛出异常情况之外,JVM 规范还规定许多运行时异常,会在其他 JVM 指令检测到异常状况时自动抛出
2、事项
(1)正常情况下,操作数栈的压入 / 弹出都是一条指令完成
(2)唯一例外是在抛异常时,JVM 会清除操作数栈上的所有内容,然后将异常实例压入调用者操作数栈上
3、处理异常
(1)在 JVM 中,早期使用 jsr、jsr_w、ret 指令处理异常(catch 语句)
(2)目前不是由字节码指令实现,而是采用异常表来完成
4、异常表
(1)如果一个方法定义一个 try-catch 或 try-finally 的异常处理,就会创建一个异常表
(2)包含每个异常处理,或 finally 块的信息
(3)保存每个异常处理信息,比如:起始位置、结束位置、程序计数器记录的代码处理的偏移地址、被捕获的异常类在常量池中的索引
5、当一个异常被抛出时,JVM 会在当前的方法里寻找一个匹配的处理
(1)如果没有找到,这个方法会强制结束,并弹出当前栈顿
(2)并且异常会重新抛给上层调用的方法(在调用方法栈帧)
(3)如果在所有栈帧弹出前,仍然没有找到合适的异常处理,这个线程将终止
(4)如果这个异常在最后一个非守护线程里抛出,将会导致 JVM 自己终止,比如 main 线程
(5)不管什么时候抛出异常,如果异常处理最终匹配了所有异常类型,代码就会继续执行,在这种情况下,如果方法结束后没有抛出异常,仍然执行 finally 块,在 return 前,它直接跳到 finally 块来完成目标
同步控制指令
1、JVM 支持两种同步结构
(1)方法级的同步
(2)方法内部一段指令序列的同步
2、两种同步都是使用 monitor 支持
(1)montiorenter:进入并获取对象监视器,即为栈顶对象加锁
(2)monitorexit:释放并退出对象监视器,即为栈顶对象解锁
3、方法级的同步
(1)隐式,即无须通过字节码指令来控制,它实现在方法调用和返回操作之中
(2)虚拟机可以从方法常量池的方法表结构中的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志,得知一个方法是否声明为同步方法
(3)当调用方法时,调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否设置
(4)如果设置,执行线程将先持有同步锁,然后执行方法,最后在方法完成时(无论是正常完成,还是非正常完成),释放同步锁
(5)在方法执行期间,执行线程持有同步锁,其他任何线程都无法再获得同一个锁
(6)如果一个同步方法执行期间抛出异常,并且在方法内部无法处理此异常,则在异常抛到同步方法之外,同时,自动释放该同步方法所持有的锁
4、方法内指令序列的同步
(1)同步一段指令集序列,通常是由 Java 中的 synchronized 语句块来表示
(2)JVM 指令集有 monitorenter、monitorexit 支持 synchronized 关键字的语义
(3)当一个线程进入同步代码块时,它使用 monitorenter 指令请求进入
(4)如果当前对象的监视器计数器为 0,则它会被准许进入
(5)如果当前对象的监视器计数器为 1,则判断持有当前监视器的线程是否为自己
(6)如果是,则进入;否则,进行等待,直到对象的监视器计数器为 0,才会被允许进入同步块
(7)当线程退出同步块时,需要使用 monitorexit 声明退出
(8)在 JVM 中,任何对象都有一个监视器与之相关联,用来判断对象是否被锁定
(9)当监视器被持有后,对象处于锁定状态
(10)monitorenter、monitorexit 在执行时,都需要在操作数栈顶压入对象,之后 monitorenter、monitorexit 锁定和释放,都是针对该对象的监视器进行
5、编译器会自动产生一个异常处理器,这个异常处理器声明可处理所有的异常
(1)目的:执行 monitorexit 指令,保证在方法异常完成时,monitorenter、monitorexit 依然可以正确配对执行
(2)编译器必须确保,无论方法通过何种方式完成,方法中调用过的每条 monitorenter 指令,都必须执行其对应 monitorexit 指令,无论这个方法是正常结束,还是异常结束
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