一段java代码是如何执行的

技术火炬手 发表于 2021/03/25 09:40:12 2021/03/25
【摘要】 当你学会了java语言之后,你写了一些代码,然后你想要执行你的代码,来达成某些功能。那么,你都知道这段java代码都是如何执行的吗?

1. 编译成class

众所周知,java代码是不能直接在jvm上执行的,执行的是class文件,将java代码编程class文件,需要编译
常用的编译方法是:javac xxx.java
但目前常见的java编辑工具,如eclipse和ideal都自带自动编译动能

2. jvm的构成

让我们回忆一下jvm的构成:
image.png

主题上分为五个部分:
方法区,本地方法栈,java堆,java栈,程序计数器
其中,java栈,本地方法栈,程序计数器为线程私有,其余为线程共享
那么,方法在哪个地方执行呢?
java栈。
栈的遵循的方式是先进后出,java栈中方法的执行也遵循此规律,方法执行的步骤又称为栈帧。

3. 方法的顺序执行和栈帧

上代码:
-Java 代码

public class Main {
    public static void a(){
        b();
    }

    public static void b(){
        c();
    }

    public static void c(){
        System.out.println("Hello world!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        a();
    }
}

上面是一段很简单的代码,主体上就是:
(1)一个Main类
(2)上面定义了一个main方法
(3)该main方法调用了静态方法a
(4)方法a调用方法b
(5)方法b调用方法c
(6)方法c打印了“Hello world!”
前文说过,java定义的非本地方法都是在java栈内执行的,一方法一栈帧
所以假设
mian方法对应栈帧m
a方法对应栈帧a
b方法对应栈帧b
c方法对应栈帧c
根据方法的调用,入栈顺序为:m,a,b,c
所以,栈帧出栈(即方法执行)顺序为:c,b,a,m

4. class文件反编译过后的样子

上一节,方法或栈帧在java栈的执行顺序
但在方法体内的内容是怎么执行的呢。
前文提到,jvm执行的是class文件,而class文件内是什么?
class文件内是一组指令集。
如何证明呢,还是再看一段代码。
-Java 代码

public class Calculator{
    public int add(){
        int n = 10;
        int m = 20;
        int r = n + m;
        return r;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Calculator calculator = new Calculator();
        int a = calculator.add();
        System.out.println(a);
    }
}

如上代码,实现的功能是:
(1)定义两个变量,相加
(2)main方法new对象,调用方法
但,class文件是不可以直接查看的。
我们可以采用反编译的方法,反编译命令:、
javap -c xxx.class
image.png
上述文件反编译后的样子如下:
image.png
每个方法下面的Code,都是一组指令集。

5. 指令集详解

在讨论指令集之前,首先要讲一个概念,那就是对栈帧进一步拆分。
栈帧一共分为四个部分:局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址
其中,局部变量表和操作数栈是最重要的两个部分
局部变量表存放在方法中定义的局部变量
操作数栈相当于jvm的一个缓存
所有的操作都必须在此处进行
所有的变量都必须加载到操作数栈才能被使用
所以,所谓指令,就是在局部变量表和操作数栈来回倒腾的过程。
下面对指令进行分类讲解:
(1)入栈指令
整型入栈指令:
取值-1~5采用iconst指令;
取值-128~127采用bipush指令;
取值-32768~32767采用sipush指令;
取值-2147483648~2147483647采用ldc指令。
非整型入栈指令:
float,String类型也使用ldc指令
double和long类型使用ldc_2w
boolean类型视作0和1
null的入栈指令为:aconst_null
(2)存储指令
将操作数栈中的常量保存在局部变量表中的某个位置
如:
istore_1:将上面入栈的整型常量保存在局部变量表中的第1个位置
fstore_2:将上面入栈的浮点常量保存在局部变量表中的第2个位置
dstore_10:将上面入栈的双浮点常量保存在局部变量表中的第10个位置
lstore_20:将上面入栈的长整常量保存在局部变量表中的第20个位置
astore_100:将上面入栈的引用常量保存在局部变量表中的第100个位置
(3)变量入栈指令
iload_1:局部变量表中的第1个位置的整型变量入栈
fload_2:局部变量表中的第1个位置的浮点型变量入栈
dload_10:局部变量表中的第1个位置的双浮点型变量入栈
lload_20:局部变量表中的第1个位置的长整型变量入栈
aload_100:局部变量表中的第100个位置的引用型变量入栈
(4)计算指令
加:iadd、ladd、fadd、dadd
减:isub、lsub、fsub、dsub
乘:imul、lmul、fmul、dmul
除:idiv、ldiv、fdiv、ddiv
注意:栈顶计算,一次只能计算一个表达式

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