虚拟机字节码执行引擎

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这篇文章我们一起来学习几个问题:

  1. 多态的原理是什么?
  2. MethodHandle机制。
  3. 虚拟机在执行代码时,如何找到正确的方法,如何执行方法内的字节码,以及执行代码时涉及的内存结构。

一、运行时栈帧结构

Java虚拟机以方法作为最基本的执行单元,“栈帧”(Stack Frame)则是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行背后的数据结构,它也是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈(Virtual Machine Stack)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。

一个栈帧需要分配多少内存,并不会受到程序运行期变量数据的影响,而仅仅取决于程序源码和具体的虚拟机实现的栈内存布局形式。

1、局部变量表

**局部变量表(Local Variables Table)是一组变量值的存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。**在Java程序被编译为Class文件时,就在方法的Code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需分配的局部变量表的最大容量。

局部变量表的容量以变量槽(Variable Slot)为最小单位,《Java虚拟机规范》中并没有明确指出一个变量槽应占用的内存空间大小,只是很有导向性地说到每个变量槽都应该能存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress类型的数据,这8种数据类型,都可以使用32位或更小的物理内存来存储。

图8-1 栈帧的概念结构

Java虚拟机通过索引定位的方式使用局部变量表,索引值的范围是从0开始至局部变量表最大的变量槽数量。

虚拟机不会为局部变量设"零值"。

2、操作数栈

同局部变量表一样,操作数栈的最大深度也在编译的时候被写入到Code属性的max_stacks数据项之中。操作数栈的每一个元素都可以是包括long和double在内的任意Java数据类型。32位数据类型所占的栈容量为1,64位数据类型所占的栈容量为2。

当一个方法刚刚开始执行的时候,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,也就是出栈和入栈操作。譬如在做算术运算的时候是通过将运算涉及的操作数栈压入栈顶后调用运算指令来进行的,又譬如在调用其他方法的时候是通过操作数栈来进行方法参数的传递。举个例子,例如整数加法的字节码指令iadd,这条指令在运行的时候要求操作数栈中最接近栈顶的两个元素已经存入了两个int型的数值,当执行这个指令时,会把这两个int值出栈并相加,然后将相加的结果重新入栈。

操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配。以iadd指令为例,它在执行的时候,最接近栈顶的两个元素的数据类型必须为int型。

在大多虚拟机的实现里都会进行一些优化处理,令两个栈帧出现一部分重叠。让下面栈帧的部分操作数栈与上面栈帧的部分局部变量表重叠在一起,这样做不仅节约了一些空间,更重要的是在进行方法调用时就可以直接共用一部分数据,无须进行额外的参数复制传递了,重叠的过程如图8-2所示。

图8-2 两个栈帧之间的数据共享

Java虚拟机的解释执行引擎被称为“基于栈的执行引擎”,里面的“栈”就是操作数栈。

3、动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。我们知道Class文件的常量池中存有大量的符号引用,字节码中的方法调用指令就以常量池里指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就被转化为直接引用,这种转化被称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间都转化为直接引用,这部分就称为动态连接。

4、方法返回地址

当一个方法开始执行后,只有两种方式退出这个方法。第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令,这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者,这种退出方法的方式称为“正常调用完成”。

另外一种退出方式是在方法执行的过程中遇到了异常,并且这个异常没有在方法体内得到妥善处理。这种退出方法的方式称为“异常调用完成。

无论采用何种退出方式,在方法退出之后,都必须返回到最初方法被调用时的位置,程序才能继续执行,方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息,用来帮助恢复它的上层主调方法的执行状态。一般来说,方法正常退出时,主调方法的PC计数器的值就可以作为返回地址,栈帧中很可能会保存这个计数器值。而方法异常退出时,返回地址是要通过异常处理器表来确定的,栈帧中就一般不会保存这部分信息。

方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈,因此退出时可能执行的操作有:恢复上层方法的局部变量表和操作数栈,把返回值(如果有的话)压入调用者栈帧的操作数栈中,调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。

5、附加信息

《Java虚拟机规范》允许虚拟机实现增加一些规范里没有描述的信息到栈帧之中,例如与调试、性能收集相关的信息,这部分信息完全取决于具体的虚拟机实现,这里不再详述。在讨论概念时,一般会把动态连接、方法返回地址与其他附加信息全部归为一类,称为栈帧信息。

二、方法调用

方法调用并不等同于方法中的代码被执行,方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本(即调用哪一个方法),暂时还未涉及方法内部的具体运行过程。

1、解析

所有方法调用的目标方法在Class文件里面都是一个常量池中的符号引用,在类加载的解析阶段,会将其中的一部分符号引用转化为直接引用,这种解析能够成立的前提是:方法在程序真正运行之前就有一个可确定的调用版本,并且这个方法的调用版本在运行期是不可改变的。这类方法的调用被称为解析(Resolution)。

在Java语言中符合“编译期可知,运行期不可变”这个要求的方法,主要有静态方法和私有方法两大类,前者与类型直接关联,后者在外部不可被访问,这两种方法各自的特点决定了它们都不可能通过继承或别的方式重写出其他版本,因此它们都适合在类加载阶段进行解析。

调用不同类型的方法,字节码指令集里设计了不同的指令。在Java虚拟机支持以下5条方法调用字节码指令,分别是:

  • invokestatic。用于调用静态方法。
  • invokespecial。用于调用实例构造器()方法、私有方法和父类中的方法。
  • invokevirtual。用于调用所有的虚方法。
  • invokeinterface。用于调用接口方法,会在运行时再确定一个实现该接口的对象。
  • invokedynamic。先在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法,然后再执行该方法。前面4条调用指令,分派逻辑都固化在Java虚拟机内部,而invokedynamic指令的分派逻辑是由用户设定的引导方法来决定的。

只要能被invokestatic和invokespecial指令调用的方法,都可以在解析阶段中确定唯一的调用版本,Java语言里符合这个条件的方法共有**静态方法、私有方法、实例构造器、父类方法4种,再加上被final修饰的方法**(尽管它使用invokevirtual指令调用),这5种方法调用会在类加载的时候就可以把符号引用解析为该方法的直接引用。

解析调用一定是个静态的过程,在编译期间就完全确定,在类加载的解析阶段就会把涉及的符号引用全部转变为明确的直接引用,不必延迟到运行期再去完成。而另一种主要的方法调用形式:分派(Dispatch)调用则要复杂许多,它可能是静态的也可能是动态的,按照分派依据的宗量数可分为单分派和多分派。这两类分派方式两两组合就构成了静态单分派、静态多分派、动态单分派、动态多分派4种分派组合情况,下面我们来看看虚拟机中的方法分派是如何进行的。

2、分派

1、静态分派

代码清单8-6 方法静态分派演示

package org.fenixsoft.polymorphic;

/**
 * 方法静态分派演示
 * @author zzm
 */
public class StaticDispatch {

    static abstract class Human {
    }

    static class Man extends Human {
    }

    static class Woman extends Human {
    }

    public void sayHello(Human guy) {
        System.out.println("hello,guy!");
    }

    public void sayHello(Man guy) {
        System.out.println("hello,gentleman!");
    }

    public void sayHello(Woman guy) {
        System.out.println("hello,lady!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Human man = new Man();
        Human woman = new Woman();
        StaticDispatch sr = new StaticDispatch();
        sr.sayHello(man);
        sr.sayHello(woman);
    }
}

运行结果:

hello,guy!
hello,guy!

我们把上面代码中的“Human”称为变量的“静态类型”(Static Type),或者叫“外观类型”(Apparent Type),后面的“Man”则被称为变量的“实际类型”(Actual Type)或者叫“运行时类型”(Runtime Type)。

虚拟机(或者准确地说是编译器)在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。由于静态类型在编译期可知,所以在编译阶段,Javac编译器就根据参数的静态类型决定了会使用哪个重载版本,因此选择了sayHello(Human)作为调用目标,并把这个方法的符号引用写到main()方法里的两条invokevirtual指令的参数中。

所有依赖静态类型来决定方法执行版本的分派动作,都称为静态分派。静态分派的最典型应用表现就是方法重载。静态分派发生在编译阶段,因此确定静态分派的动作实际上不是由虚拟机来执行的。

需要注意Javac编译器虽然能确定出方法的重载版本,但在很多情况下这个重载版本并不是“唯一”的,往往只能确定一个“相对更合适的”版本。它的静态类型只能通过语言、语法的规则去理解和推断。

2、动态分派

它与Java语言多态性的另外一个重要体现——重写(Override)有着很密切的关联。

代码清单8-8 方法动态分派演示

package org.fenixsoft.polymorphic;

/**
 * 方法动态分派演示
 * @author zzm
 */
public class DynamicDispatch {

    static abstract class Human {
        protected abstract void sayHello();
    }

    static class Man extends Human {
        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("man say hello");
        }
    }

    static class Woman extends Human {
        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("woman say hello");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Human man = new Man();
        Human woman = new Woman();
        man.sayHello();
        woman.sayHello();
        man = new Woman();
        man.sayHello();
    }
}

运行结果:

man say hello
woman say hello
woman say hello

Java虚拟机是如何判断应该调用哪个方法的?

这就得从invokevirtual这个指令入手了,invokevirtual指令的运行时解析过程大致分为以下几步:

  1. 找到操作数栈顶的第一个元素所指向的对象的实际类型,记作C。
  2. 如果在类型C中找到与常量中的描述符和简单名称都相符的方法,则进行访问权限校验,如果通过则返回这个方法的直接引用,查找过程结束;不通过则返回java.lang.IllegalAccessError异常。
  3. 否则,按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第二步的搜索和验证过程。
  4. 如果始终没有找到合适的方法,则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。

正是因为invokevirtual指令执行的第一步就是在运行期确定接收者的实际类型,所以两次调用中的invokevirtual指令并不是把常量池中方法的符号引用解析到直接引用上就结束了,还会根据方法接收者的实际类型来选择方法版本,这个过程就是Java语言中方法重写的本质。我们把这种在运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程称为动态分派。

那Java中字段有没有多态?

代码清单8-10 字段没有多态性

package org.fenixsoft.polymorphic;

/**
 * 字段不参与多态
 * @author zzm
 */
public class FieldHasNoPolymorphic {

    static class Father {
        public int money = 1;

        public Father() {
            money = 2;
            showMeTheMoney();
        }

        public void showMeTheMoney() {
            System.out.println("I am Father, i have $" + money);
        }
    }

    static class Son extends Father {
        public int money = 3;

        public Son() {
            money = 4;
            showMeTheMoney();
        }

        public void showMeTheMoney() {
            System.out.println("I am Son,  i have $" + money);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Father gay = new Son();
        System.out.println("This gay has $" + gay.money);
    }
}

运行后输出结果为:

I am Son, i have $0
I am Son, i have $4
This gay has $2

输出两句都是“I am Son”,这是因为Son类在创建的时候,首先隐式调用了Father的构造函数,而Father构造函数中对showMeTheMoney()的调用是一次虚方法调用,实际执行的版本是Son::showMeTheMoney()方法,所以输出的是“I am Son”。而这时候虽然父类的money字段已经被初始化成2了,但Son::showMeTheMoney()方法中访问的却是子类的money字段,这时候结果自然还是0,因为它要到子类的构造函数执行时才会被初始化。main()的最后一句通过静态类型访问到了父类中的money,输出了2。

3、单分派与多分派

方法的接收者与方法的参数统称为方法的宗量。

代码清单8-11 单分派和多分

/**
 * 单分派、多分派演示
 * @author zzm
 */
public class Dispatch {

    static class QQ {}
    static class _360 {}

    public static class Father {
        public void hardChoice(QQ arg) {
            System.out.println("father choose qq");
        }

        public void hardChoice(_360 arg) {
            System.out.println("father choose 360");
        }
    }

    public static class Son extends Father {
        public void hardChoice(QQ arg) {
            System.out.println("son choose qq");
        }

        public void hardChoice(_360 arg) {
            System.out.println("son choose 360");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Father father = new Father();
        Father son = new Son();
        father.hardChoice(new _360());
        son.hardChoice(new QQ());
    }
}

运行结果:

father choose 360
son choose qq

我们关注的首先是编译阶段中编译器的选择过程,也就是静态分派的过程。这时候选择目标方法的依据有两点:一是静态类型是Father还是Son,二是方法参数是QQ还是360。这次选择结果的最终产物是产生了两条invokevirtual指令,两条指令的参数分别为常量池中指向Father::hardChoice(360)及Father::hardChoice(QQ)方法的符号引用。因为是根据两个宗量进行选择,所以**Java语言的静态分派属于多分派类型**。

再看看运行阶段中虚拟机的选择,也就是动态分派的过程。在执行“son.hardChoice(new QQ())”这行代码时,更准确地说,是在执行这行代码所对应的invokevirtual指令时,由于编译期已经决定目标方法的签名必须为hardChoice(QQ),虚拟机此时不会关心传递过来的参数“QQ”到底是“腾讯QQ”还是“奇瑞QQ”,因为这时候参数的静态类型、实际类型都对方法的选择不会构成任何影响,唯一可以影响虚拟机选择的因素只有该方法的接受者的实际类型是Father还是Son。因为只有一个宗量作为选择依据,所以**Java语言的动态分派属于单分派类型。**

4、虚拟机动态分派的实现

动态分派是执行非常频繁的动作,而且动态分派的方法版本选择过程需要运行时在接收者类型的方法元数据中搜索合适的目标方法,因此,Java虚拟机实现基于执行性能的考虑,真正运行时一般不会如此频繁地去反复搜索类型元数据。面对这种情况,一种基础而且常见的优化手段是为类型在方法区中建立一个**虚方法表**(Virtual Method Table,也称为vtable,与此对应的,在invokeinterface执行时也会用到接口方法表——Interface Method Table,简称itable),使用虚方法表索引来代替元数据查找以提高性能。我们先看看代码清单8-11所对应的虚方法表结构示例,如图8-3所示。

图8-3 方法表结构

image-20201030164847703

虚方法表中存放着各个方法的实际入口地址。如果某个方法在子类中没有被重写,那子类的虚方法表中的地址入口和父类相同方法的地址入口是一致的,都指向父类的实现入口。如果子类中重写了这个方法,子类虚方法表中的地址也会被替换为指向子类实现版本的入口地址。

虚方法表一般在类加载的连接阶段进行初始化,准备了类的变量初始值后,虚拟机会把该类的虚方法表也一同初始化完毕。

三、动态类型语言支持

invokedynamic指令,这条新增加的指令是JDK 7的项目目标:实现动态类型语言(Dynamically Typed Language)支持而进行的改进之一。

1、动态类型语言

何谓动态类型语言?动态类型语言的关键特征是它的类型检查的主体过程是在运行期而不是编译期进行的。C++和Java等就是最常用的静态类型语言。

“变量无类型而变量值才有类型”这个特点也是动态类型语言的一个核心特征。

静态类型语言能够在编译期确定变量类型,最显著的好处是编译器可以提供全面严谨的类型检查,这样与数据类型相关的潜在问题就能在编码时被及时发现,利于稳定性及让项目容易达到更大的规模。而动态类型语言在运行期才确定类型,这可以为开发人员提供极大的灵活性,某些在静态类型语言中要花大量臃肿代码来实现的功能,由动态类型语言去做可能会很清晰简洁,清晰简洁通常也就意味着开发效率的提升。

2、Java与动态类型

Java虚拟机层面对动态类型语言的支持一直都还有所欠缺,主要表现在方法调用方面:JDK 7以前的字节码指令集中,4条方法调用指令(invokevirtual、invokespecial、invokestatic、invokeinterface)的第一个参数都是被调用的方法的符号引用(CONSTANT_Methodref_info或者CONSTANT_InterfaceMethodref_info常量),前面已经提到过,方法的符号引用在编译时产生,而动态类型语言只有在运行期才能确定方法的接收者。

在Java虚拟机层面上提供动态类型的直接支持就成为Java平台发展必须解决的问题,这便是JDK 7时JSR-292提案中invokedynamic指令以及java.lang.invoke包出现的技术背景。

3、java.lang.invoke包

这个包的主要目的是在之前单纯依靠符号引用来确定调用的目标方法这条路之外,提供一种新的动态确定目标方法的机制,称为“方法句柄”(Method Handle)。

在拥有方法句柄之后,Java语言也可以拥有类似于函数指针或者委托的方法别名这样的工具了。代码清单8-12演示了方法句柄的基本用法,无论obj是何种类型(临时定义的ClassA抑或是实现PrintStream接口的实现类System.out),都可以正确调用到println()方法。

代码清单8-12 方法句柄演示

import static java.lang.invoke.MethodHandles.lookup;

import java.lang.invoke.MethodHandle;
import java.lang.invoke.MethodType;

/**
 * JSR 292 MethodHandle基础用法演示
 * @author zzm
 */
public class MethodHandleTest {

    static class ClassA {
        public void println(String s) {
            System.out.println(s);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        Object obj = System.currentTimeMillis() % 2 == 0 ? System.out : new ClassA();
        // 无论obj最终是哪个实现类,下面这句都能正确调用到println方法。
        getPrintlnMH(obj).invokeExact("icyfenix");
    }

    private static MethodHandle getPrintlnMH(Object reveiver) throws Throwable {
        // MethodType:代表“方法类型”,包含了方法的返回值(methodType()的第一个参数)和
           具体参数(methodType()第二个及以后的参数)。
        MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class);
        // lookup()方法来自于MethodHandles.lookup,这句的作用是在指定类中查找符合给定的方法
           名称、方法类型,并且符合调用权限的方法句柄。
        // 因为这里调用的是一个虚方法,按照Java语言的规则,方法第一个参数是隐式的,代表该方法的接
            收者,也即this指向的对象,这个参数以前是放在参数列表中进行传递,现在提供了bindTo()
           方法来完成这件事情。
        return lookup().findVirtual(reveiver.getClass(), "println", mt).bindTo(reveiver);
    }
}

方法getPrintlnMH()中实际上是模拟了invokevirtual指令的执行过程,而这个方法本身的返回值(MethodHandle对象),可以视为对最终调用方法的一个“引用”。

从上面的例子看来,使用MethodHandle并没有多少困难,不过看完它的用法之后,读者大概就会产生疑问,相同的事情,用反射不是早就可以实现了吗? 确实,仅站在Java语言的角度看,MethodHandle在使用方法和效果上与Reflection有众多相似之处。不过,它们也有以下这些区别:

  • Reflection和MethodHandle机制本质上都是在模拟方法调用,但是Reflection是在模拟Java代码层次的方法调用,而MethodHandle是在模拟字节码层次的方法调用。在MethodHandles.Lookup上的3个方法findStatic()、findVirtual()、findSpecial()正是为了对应于invokestatic、invokevirtual(以及invokeinterface)和invokespecial这几条字节码指令的执行权限校验行为,而这些底层细节在使用Reflection API时是不需要关心的。
  • Reflection中的java.lang.reflect.Method对象远比MethodHandle机制中的java.lang.invoke.MethodHandle对象所包含的信息来得多。前者是方法在Java端的全面映像,包含了方法的签名、描述符以及方法属性表中各种属性的Java端表示方式,还包含执行权限等的运行期信息。而后者仅包含执行该方法的相关信息。用开发人员通俗的话来讲,Reflection是重量级,而MethodHandle是轻量级。
  • 由于MethodHandle是对字节码的方法指令调用的模拟,那理论上虚拟机在这方面做的各种优化(如方法内联),在MethodHandle上也应当可以采用类似思路去支持(但目前实现还在继续完善中),而通过反射去调用方法则几乎不可能直接去实施各类调用点优化措施。

4、invokedynamic指令

某种意义上可以说invokedynamic指令与MethodHandle机制的作用是一样的,都是为了解决原有4条“invoke*”指令方法分派规则完全固化在虚拟机之中的问题,把如何查找目标方法的决定权从虚拟机转嫁到具体用户代码之中,让用户(广义的用户,包含其他程序语言的设计者)有更高的自由度。而且,它们两者的思路也是可类比的,都是为了达成同一个目的,只是一个用上层代码和API来实现,另一个用字节码和Class中其他属性、常量来完成。因此,如果前面MethodHandle的例子看懂了,理解invokedynamic指令并不困难。

四、基于栈的字节码解释引擎

1、解释执行

大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前,都需要经过图8-4中的各个步骤。

图8-4 编译过程

2、基于栈的指令集与基于寄存器的指令集

基于栈的指令集与基于寄存器的指令集这两者之间有什么不同呢? 举个最简单的例子,分别使用这两种指令集去计算“1+1”的结果,基于栈的指令集会是这样子的:

iconst_1
iconst_1
iadd
istore_0

两条iconst_1指令连续把两个常量1压入栈后,iadd指令把栈顶的两个值出栈、相加,然后把结果放回栈顶,最后istore_0把栈顶的值放到局部变量表的第0个变量槽中。这种指令流中的指令通常都是不带参数的,使用操作数栈中的数据作为指令的运算输入,指令的运算结果也存储在操作数栈之中。而如果用基于寄存器的指令集,那程序可能会是这个样子:

mov  eax, 1
add  eax, 1

mov指令把EAX寄存器的值设为1,然后add指令再把这个值加1,结果就保存在EAX寄存器里面。这种二地址指令是x86指令集中的主流,每个指令都包含两个单独的输入参数,依赖于寄存器来访问和存储数据。

基于栈的指令集主要优点是可移植,因为寄存器由硬件直接提供[插图],程序直接依赖这些硬件寄存器则不可避免地要受到硬件的约束。

栈架构指令集的主要缺点是理论上执行速度相对来说会稍慢一些,所有主流物理机的指令集都是寄存器架构[插图]也从侧面印证了这点。不过这里的执行速度是要局限在解释执行的状态下,如果经过即时编译器输出成物理机上的汇编指令流,那就与虚拟机采用哪种指令集架构没有什么关系了。

3、基于栈的解释器执行过程

这里通过一段代码来理解,请看代码清单8-17。

代码清单8-17 一段简单的算术代码

public int calc() {
    int a = 100;
    int b = 200;
    int c = 300;
    return (a + b) * c;
}

直接使用javap命令看看它的字节码指令,如代码清单8-18所示。 代码清单8-18 一段简单的算术代码的字节码表示

public int calc();
    Code:
        Stack=2, Locals=4, Args_size=1
         0:   bipush  100
         2:   istore_1
         3:   sipush  200
         6:   istore_2
         7:   sipush  300
        10:  istore_3
        11:  iload_1
        12:  iload_2
        13:  iadd
        14:  iload_3
        15:  imul
        16:  ireturn
}

javap提示这段代码需要深度为2的操作数栈和4个变量槽的局部变量空间,根据这些信息画了图8-5至图8-11共7张图片,来描述代码清单8-13执行过程中的代码、操作数栈和局部变量表的变化情况。 图8-5 执行偏移地址为0的指令的情况

首先,执行偏移地址为0的指令,Bipush指令的作用是将单字节的整型常量值(-128~127)推入操作数栈顶,跟随有一个参数,指明推送的常量值,这里是100。 图8-6 执行偏移地址为1的指令的情况

执行偏移地址为2的指令,istore_1指令的作用是将操作数栈顶的整型值出栈并存放到第1个局部变量槽中。后续4条指令(直到偏移为11的指令为止)都是做一样的事情,也就是在对应代码中把变量a、b、c赋值为100、200、300。这4条指令的图示略过。 图8-7 执行偏移地址为11的指令的情况

执行偏移地址为11的指令,iload_1指令的作用是将局部变量表第1个变量槽中的整型值复制到操作数栈顶。 图8-8 执行偏移地址为12的指令的情况

执行偏移地址为12的指令,iload_2指令的执行过程与iload_1类似,把第2个变量槽的整型值入栈。画出这个指令的图示主要是为了显示下一条iadd指令执行前的堆栈状况。 图8-9 执行偏移地址为13的指令的情况

执行偏移地址为13的指令,iadd指令的作用是将操作数栈中头两个栈顶元素出栈,做整型加法,然后把结果重新入栈。在iadd指令执行完毕后,栈中原有的100和200被出栈,它们的和300被重新入栈。 图8-10 执行偏移地址为14的指令的情况

执行偏移地址为14的指令,iload_3指令把存放在第3个局部变量槽中的300入栈到操作数栈中。这时操作数栈为两个整数300。下一条指令imul是将操作数栈中头两个栈顶元素出栈,做整型乘法,然后把结果重新入栈,与iadd完全类似。

图8-11 执行偏移地址为16的指令的情况

执行偏移地址为16的指令,ireturn指令是方法返回指令之一,它将结束方法执行并将操作数栈顶的整型值返回给该方法的调用者。到此为止,这段方法执行结束。