Java字节码

什么是字节码：

　　Java的使命是一次编译，处处运行。在不同的操作系统、不同的硬件平台上，均可以不用修改代码即可顺畅地执行。

　　之所以能一次编译，处处运行，有以下原因：

　　　　1）把编译的过程分成两部分，首先无论在什么平台它会先由javac编译成通用的固定的中间形式——字节码（.class文件），然后再由解释器逐条将字节码解释为机器码来执行。

　　　　2）JVM针对各种操作系统、平台都进行了定制

　　

　　Java所有的指令有200个左右，一个字节（8位）可以存储256种不同的指令信息，一个这样的字节称为字节码（bytecode）。

 

　　在代码的执行中，JVM将字节码解释执行，屏蔽对底层操作系统的依赖；JVM也可以将字节码编译执行，如果是热点代码，会通过JIT动态地编译为机器码，提高执行效率。

 

如何将源代码转化为字节码：

　　我们编写好的 .java 文件是源代码文件，并不能交给机器直接执行，需要将其编译为字节码甚至是机器码文件。

　　静态编译器将源码转化为字节码的过程：

字节码的执行：

　　字节码必须通过类加载过程加载到JVM环境后，才可以执行。

　　执行有三种模式：

　　　　①：解释执行

　　　　②：JIT（Just In Time，即时编译器）编译执行

　　　　③：JIT编译与解释混合执行（主流JVM默认执行模式）

　　　　　　混合执行模式的优势在于解释器在启动时先解释执行，省去编译时间。随着时间推进，JVM通过热点代码统计分析，识别高频的方法调用、循环体、公共模块等，基于强大的JIT动态编译技术，将热点代码转换为机器码，直接交给CPU执行。

　　　　　　JIT的作用是将Java字节码动态地编译成可以直接发送给处理器指令执行的机器码。

 

 

字节码主要指令：

　　1、加载或存储指令

　　　　在某个栈帧中，通过指令操作数据在虚拟机栈的局部变量表与操作栈之间来回传输，常见指令如下：

　　　　（1）：将局部变量加载到操作栈中

　　　　　　ILOAD：将int类型的局部变量压入栈

　　　　　　ALOAD：将对象引用的局部变量压入栈

　　　　（2）：从操作栈顶存储到局部变量表

　　　　　　ISTORE、ASTORE

　　　　（3）：将常量加载到操作栈顶，这是极为高频使用的指令　　　　　　

　　　　　　ICONST：加载 -1 ~-5 之间的数

　　　　　　BIPUSH：Byte Immediate PUSH，加载 -128~127之间的数

　　　　　　SIPUSH：Short Immediate PUSH，加载 -2^15~-2^15-1之间的数

　　　　　　LDC：Load Constant，在-2^31~-2^31-1之间的数 或者 是字符串时，JVM采用LDC指令压入栈中

 

　　2、运算指令

　　　　对两个操作栈帧上的值进行运算，并把结果写入操作栈顶，如IADD、IMUL等

 

　　3、类型转换指令

　　　　显示转换两种不同的数值类型，如I2L、D2F等

 

　　4、对象创建与访问指令

　　　　根据类进行对象的创建、初始化、方法调用相关指令，常见指令如下：

　　　　（1）：创建对象指令，如NEW、NEWARRAY等

　　　　（2）：访问属性指令，如GETFIELD、PUTFIELD、GETSTATIC等

　　　　（3）：检查实例类型指令，如INSTANCEOF、CHECKCAST等

 

　　5、操作栈管理指令

　　　　JVM提供了直接控制操作栈的指令，常见的指令如下：

　　　　（1）：出栈操作，POP即一个元素，POP2即两个元素

　　　　（2）：复制栈顶元素并压入栈，如DUP

　　　　

　　6、方法调用与返回指令

　　　　INVOKEVIRTUAL：调用对象的实例方法

　　　　INVOKESPECIAL：调用实例初始化方法、私有方法、父类方法等

　　　　INVOKESTATIC：调用类静态方法

　　　　RETURN：返回VOID类型

 

　　7、同步指令

　　　　JVM使用方法结构中的ACC_SYNCHRONIZED 标识同步方法。会在同步块的前后分别形成MONITORENTER和MONITOREXIT两个字节码指令。

　　　　MONITORENTER：尝试获取锁，获取成功，锁计数器（monitor，位于对象头中）计数器加1

　　　　MONITOREXIT：释放锁，锁计数器 monitor减1

 

 

END.