字节码指令

Java 虚拟机指令集所支持的数据类型：

opcode	byte	short	int	long	float	double	char	reference
Tipush	bipush	sipush
Tconst	iconst	lconst	fconst	dconst	aconst
Tload	iload	lload	fload	dload	aload
Tstore	istore	lstore	fstore	dstore	astore
Tinc	iinc
Taload	baload	saload	iaload	laload	faload	daload	caload	aaload
Tastore	bastore	sastore	iastore	lastore	fastore	dastore	castore	aastore
Tadd	iadd	ladd	fadd	dadd
Tsub	isub	lsub	fsub	dsub
Tmul	imul	lmul	fmul	dmul
Tdiv	idiv	ldiv	fdiv	ddiv
Trem	irem	lrem	frem	drem
Tneg	ineg	lneg	fneg	dneg
Tshl	ishl	lshl
Tshr	ishr	lshr
Tushr	iushr	lushr
Tand	iand	land
Tor	ior	lor
Txor	ixor	lxor
i2T	i2b	i2s	i2l	i2f	i2d
l2T	l2i	l2f	l2d
f2T	f2i	f2l	f2d
d2T	d2i	d2l	d2f
Tcmp	lcmp
Tcmpl	fcmpl	dcmpl
Tcmpg	fcmpg	dcmpg
if_TcmpOP	if_icmpOP	if_acmpOP
Treturn	ireturn	lreturn	freturn	dreturn	areturn

在 Java 虚拟机中，实际类型与运算类型之间的映射关系，如下表所示：

 

实际类型	运算类型	分类
boolean	int	分类一
byte	int	分类一
char	int	分类一
short	int	分类一
int	int	分类一
float	float	分类一
reference	reference	分类一
returnAddress	returnAddress	分类一
long	long	分类二
double	double	分类二

 

加载和存储指令用于将数据从栈帧的局部变量表和操作数栈之间来回传输：

• 将一个局部变量加载到操作栈的指令包括有：iload、iload_<n>、lload、lload_<n>、fload、fload_<n>、dload、dload_<n>、aload、aload_<n>
• 将一个数值从操作数栈存储到局部变量表的指令包括有：istore、istore_<n>、lstore、lstore_<n>、fstore、fstore_<n>、dstore、dstore_<n>、astore、astore_<n>
• 将一个常量加载到操作数栈的指令包括有：bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_m1、iconst_<i>、lconst_<l>、fconst_<f>、dconst_<d>
• 扩充局部变量表的访问索引的指令：wide

整数与浮点数的算术指令在溢出和被零除的时候也有各自不同的行为，所有的算术指令包括：

• 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
• 位移指令：ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr
• 按位或指令：ior、lor
• 按位与指令：iand、land
• 按位异或指令：ixor、lxor
• 局部变量自增指令：iinc
• 比较指令：dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp

虽然类实例和数组都是对象，但 Java 虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令：

• 创建类实例的指令：new
• 创建数组的指令：newarray，anewarray，multianewarray
• 访问类字段（static 字段，或者称为类变量）和实例字段（非 static 字段，或者成为实例变量）的指令：getfield、putfield、getstatic、putstatic
• 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
• 将一个操作数栈的值储存到数组元素中的指令：bastore、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore
• 取数组长度的指令：arraylength
• 检查类实例类型的指令：instanceof、checkcas

一些用于直接操作操作数栈的指令，包括：pop、pop2、dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2 和 swap。

控制转移指令包括有：

• 条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt, if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq 和 if_acmpne。
• 复合条件分支：tableswitch、lookupswitch
• 无条件分支：goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret

以下四条指令用于方法调用：

• invokevirtual 指令用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派），这也是 Java 语言中最常见的方法分派方式。
• invokeinterface 指令用于调用接口方法，它会在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用。
• invokespecial 指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法、私有方法和父类方法。
• invokestatic 指令用于调用类方法（static 方法）。

而方法返回指令则是根据返回值的类型区分的，包括有 ireturn（当返回值是 boolean、byte、char、short 和 int 类型时使用）、lreturn、freturn、dreturn 和 areturn，另外还有一条 return 指令供声明为 void 的方法、实例初始化方法、类和接口的类初始化方法使用。

在程序中显式抛出异常的操作会由 athrow 指令实现，除了这种情况，还有别的异常会在其它 Java 虚拟机指令检测到异常状况时由虚拟机自动抛出。

同步指令：

方法级的同步是隐式的，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。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。当方法调用时，调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程就要求先成功持有管程，然后才能执行方法，最后当方法完成（无论是正常完成还是非正常完成）时释放管程。在方法执行期间，执行线程持有了管程，其他任何线程都无法再获取到同一个管程。如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那么这个同步方法所持有的管程将在异常抛到同步方法之外时自动释放。

同步一段指令集序列通常是由 Java 语言中的 synchronized 块来表示的，Java 虚拟机的指令集中有 monitorenter 和 monitorexit 两条指令来支持 synchronized 关键字的语义，正确实现 synchronized 关键字需要编译器与 Java 虚拟机两者协作支持。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的monitorexit指令，而无论这个方法是正常结束还是异常结束。为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行，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，它的目的就是用来执行monitorexit指令。