JVM 规范

286 阅读17分钟

JVM 数据类型

JVM 可操作两种数据类型:原始类型(primitive type)引用类型(reference type)。两种类型存储的数据叫做原始值(primitive vlaue)引用值(reference value)它们可用于变量赋值、参数传递、方法返回和运算操作。

原始类型与值

原始类型包括:

  • 数值类型(numeric type)分为整数类型(integral type)浮点类型(floating-point type)整数值包括 Java SE 的基本类型 byte 、 short 、 int 、 long 、 char 的值;浮点值包括 Java SE 的基本类型 float 、 double 的值。
  • boolean 类型boolean 值对应 Java SE 的基本类型 boolean 的值。
  • returnAddress 类型returnAddress 值是指向一条虚拟机指令的操作码的指针

引用类型与值

JVM 中有三种引用类型:

  • 类类型(class type)类值指向动态创建的类实例。
  • 数组类型(array type)数组值指向数组实例。
  • 接口类型(interface type)接口值指向实现了某个接口的类实例或数组实例。

引用值中有一个特殊的值:null当一个引用不指向任何对象的时候,它的值就用null来表示。 引用类型的默认值就是null

数组类型最外面那一维元素的类型,叫做该数组类型的组件类型(component type)一个数组的组件类型也可以是数组。从任意一个数组开始,如果发现其组件类型也是数组类型,那就继续取这个小数组的 组件类型,不断执行这样的操作,最终一定可以遇到组件类型不是数组的情况,这是就把这种类型称为本数组类型的元素类型(element type)。数组的元素类型必须是原始类型。例如,int[][] 来说,组件类型为 int[] ,元素类型为 int 。

字节码文件规范

juejin.cn/post/693954…

JVM 运行时数据区规范

juejin.cn/post/694601…

JVM 字节码指令规范

字节码指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的操作码(opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数的操作数(operand)所构成。虚拟机中许多指令并不包含操作数,只有一个操作码

操作数的数量以及长度取决于操作码,如果一个操作数的长度超过了一个字节,那么它将会以big-endian顺序存储。由于每个操作码只能有一个字节长度,所以直接限制了整个指令集的最大数量。

字节码指令集中,大多数的指令都包含了其所操作的数据类型信息。对于大部分与数据类型相关的字节码指令来说,它们的指令助记符中都有特殊的字符来表明该指令为哪种数据类型服务:i 代表对 int 类型的数据操作,l 代表 long ,s 代表 short ,b 代表 byte ,c 代表 char ,f 代表 float ,d 代表 double ,a 代表 reference 。也有一些指令助记符没有明确用字母指明数据类型,例如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。还有另外一些指令,例如,无条件跳转指令goto则是与数据类型无关的。

编译器会在编译期或运行期将 byte 和 short 类型的数据带符号扩展(sign-extend)为相应的 int 类型数据,将 boolean 和 char 类型数据零位扩展(zero-extend)为相应的 int 类型数据。因此,操作符的实际类型为 boolean、byte、char 及 short 的大多数操作,都可以用操作数运算类型(computational type)为 int 的指令来完成。

字节码助记符指令含义
0x00nop什么都不做
0x01aconst_null将 null 推送至栈顶
0x02iconst_m1将 int 型 -1 推送至栈顶
0x03iconst_0将 int 型 0 推送至栈顶
0x04iconst_1将 int 型 1 推送至栈顶
0x05iconst_2将 int 型 2 推送至栈顶
0x06iconst_3将 int 型 3 推送至栈顶
0x07iconst_4将 int 型 4 推送至栈顶
0x08iconst_5将 int 型 5 推送至栈顶
0x09lconst_0将 long 型 0 推送至栈顶
0x0alconst_1将 long 型 1 推送至栈顶
0x0bfconst_0将 float 型 0 推送至栈顶
0x0cfconst_1将 float 型 1 推送至栈顶
0x0dfconst_2将 float 型 2 推送至栈顶
0x0edconst_0将 double 型 0 推送至栈顶
0x0fdconst_1将 double 型 1 推送至栈顶
0x10bipush将单字节的常量值(-128~127)推送至栈顶
0x11sipush将一个短整型常量值(-32768~32767)推送至栈顶
0x12ldc将 int、float 或 String 型常量值从常量池中推送至栈顶
0x13ldc_w将 int、float 或 String 型常量值从常量池中推送至栈顶(宽索引)
0x14ldc2_w将 long 或 double 型常量值从常量池中推送至栈顶(宽索引)
0x15iload将指定的 int 型局部变量推送至栈顶
0x16lload将指定的 long 型局部变量推送至栈顶
0x17fload将指定的 float 型局部变量推送至栈顶
0x18dload将指定的 double 型局部变量推送至栈顶
0x19aload将指定的引用类型局部变量推送至栈顶
0x1aiload_0将第一个 int 型局部变量推送至栈顶
0x1biload_1将第二个 int 型局部变量推送至栈顶
0x1ciload_2将第三个 int 型局部变量推送至栈顶
0x1diload_3将第四个 int 型局部变量推送至栈顶
0x1elload_0将第一个 long 型局部变量推送至栈顶
0x1flload_1将第二个 long 型局部变量推送至栈顶
0x20lload_2将第三个 long 型局部变量推送至栈顶
0x21lload_3将第四个 long 型局部变量推送至栈顶
0x22fload_0将第一个 fload 型局部变量推送至栈顶
0x23fload_1将第二个 fload 型局部变量推送至栈顶
0x24fload_2将第三个 fload 型局部变量推送至栈顶
0x25fload_3将第四个 fload 型局部变量推送至栈顶
0x26dload_0将第一个 double 型局部变量推送至栈顶
0x27dload_1将第二个 double 型局部变量推送至栈顶
0x28dload_2将第三个 double 型局部变量推送至栈顶
0x29dload_3将第四个 double 型局部变量推送至栈顶
0x2aaload_0将第一个引用类型局部变量推送至栈顶
0x2baload_1将第二个引用类型局部变量推送至栈顶
0x2caload_2将第三个引用类型局部变量推送至栈顶
0x2daload_3将第四个引用类型局部变量推送至栈顶
0x2eiaload将 int 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x2flaload将 long 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x30faload将 float 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x31daload将 double 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x32aaload将引用类型数组指定索引的值推送至栈顶
0x33baload将 boolean 或 byte 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x34caload将 char 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x35saload将 short 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x36istore将栈顶 int 型数值存入指定局部变量
0x37lstore将栈顶 long 型数值存入指定局部变量
0x38fstore将栈顶 float 型数值存入指定局部变量
0x39dstore将栈顶 double 型数值存入指定局部变量
0x3aastore将栈顶引用类型数值存入指定局部变量
0x3bistore_0将栈顶 int 型数值存入第一个局部变量
0x3cistore_1将栈顶 int 型数值存入第二个局部变量
0x3distore_2将栈顶 int 型数值存入第三个局部变量
0x3eistore_3将栈顶 int 型数值存入第四个局部变量
0x3flstore_0将栈顶 long 型数值存入第一个局部变量
0x40lstore_1将栈顶 long 型数值存入第二个局部变量
0x41lstore_2将栈顶 long 型数值存入第三个局部变量
0x42lstore_3将栈顶 long 型数值存入第四个局部变量
0x43fstore_0将栈顶 float 型数值存入第一个局部变量
0x44fstore_1将栈顶 float 型数值存入第二个局部变量
0x45fstore_2将栈顶 float 型数值存入第三个局部变量
0x46fstore_3将栈顶 float 型数值存入第四个局部变量
0x47dstore_0将栈顶 double 型数值存入第一个局部变量
0x48dstore_1将栈顶 double 型数值存入第二个局部变量
0x49dstore_2将栈顶 double 型数值存入第三个局部变量
0x4adstore_3将栈顶 double 型数值存入第四个局部变量
0x4bastore_0将栈顶引用类型数值存入第一个局部变量
0x4castore_1将栈顶引用类型数值存入第二个局部变量
0x4eastore_2将栈顶引用类型数值存入第三个局部变量
0x4dastore_3将栈顶引用类型数值存入第四个局部变量
0x4fiastore将栈顶 int 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x50lastore将栈顶 long 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x51fastore将栈顶 float 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x52dastore将栈顶 double 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x53aastore将栈顶引用类型数值存入指定数组的指定索引位置
0x54bastore将栈顶 boolean 或 byte 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x55castore将栈顶 char 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x56sastore将栈顶 short 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x57pop将栈顶数值弹出(数值不能是 long 或 double 类型的)
0x58pop2将栈顶的一个(对于 long 或 double 类型)或两个数值(对于非 long 或 double 类型的)淡出
0x59dup复制栈顶数值并将复制值压入栈顶
0x5adup_x1复制栈顶数值并将两个复制值压入栈顶
0x5bdup_x2复制栈顶数值并将三个(或两个)复制值压入栈顶
0x5cdup2复制栈顶一个(对于 long 或 double 类型)或两个(对于非 long 或 double 类型的)数值并将复制值压入栈顶
0x5ddup2_x1dup_x1 指令的双倍版本
0x5edup2_x2dup_x2 指令的双倍版本
0x5fswap将栈最顶端的两个数值互换(数值不能是 long 或 double 类型)
0x60iadd将栈顶两 int 型数值相加并将结果压入栈顶
0x61ladd将栈顶两 long 型数值相加并将结果压入栈顶
0x62fadd将栈顶两 float 型数值相加并将结果压入栈顶
0x63dadd将栈顶两 double 型数值相加并将结果压入栈顶
0x64isub将栈顶两 int 型数值相减并将结果压入栈顶
0x65lsub将栈顶两 long 型数值相减并将结果压入栈顶
0x66fsub将栈顶两 float 型数值相减并将结果压入栈顶
0x67dsub将栈顶两 double 型数值相减并将结果压入栈顶
0x68imul将栈顶两 int 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x69lmul将栈顶两 long 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6afmul将栈顶两 float 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6bdmul将栈顶两 double 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6cidiv将栈顶两 int 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6dldiv将栈顶两 long 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6efdiv将栈顶两 float 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6fddiv将栈顶两 double 型数值相除并将结果压入栈顶
0x70irem将栈顶两 int 型数值进行取模运算并将结果压入栈顶
0x71lrem将栈顶两 long 型数值进行取模运算并将结果压入栈顶
0x72frem将栈顶两 float 型数值进行取模运算并将结果压入栈顶
0x73drem将栈顶两 double 型数值进行取模运算并将结果压入栈顶
0x74ineg将栈顶两 int 型数值取负并将结果压入栈顶
0x75lneg将栈顶两 long 型数值取负并将结果压入栈顶
0x76fneg将栈顶两 float 型数值取负并将结果压入栈顶
0x77dneg将栈顶两 double 型数值取负并将结果压入栈顶
0x78ishl将 int 型数值左移指定位数并将结果压入栈顶
0x79lshl将 long 型数值左移指定位数并将结果压入栈顶
0x7aishr将 int 型数值右(带符号)移指定位数并将结果压入栈顶
0x7blshr将 long 型数值右(带符号)移指定位数并将结果压入栈顶
0x7ciushr将 int 型数值右(无符号)移指定位数并将结果压入栈顶
0x7dlushr将 long 型数值右(无符号)移指定位数并将结果压入栈顶
0x7eiand将栈顶两 int 型数值进行“按位与”运算并将结果压入栈顶
0x7fland将栈顶两 long 型数值进行“按位与”运算并将结果压入栈顶
0x80ior将栈顶两 int 型数值进行“按位或”运算并将结果压入栈顶
0x81lor将栈顶两 long 型数值进行“按位或”运算并将结果压入栈顶
0x82ixor将栈顶两 int 型数值进行“按位异或”运算并将结果压入栈顶
0x83lxor将栈顶两 long 型数值进行“按位异或”运算并将结果压入栈顶
0x84iinc将指定 int 型变量增加指定值(如 i++、i--、i+=2 等)
0x85i2l将栈顶 int 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x86i2f将栈顶 int 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x87i2d将栈顶 int 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x88l2i将栈顶 long 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x89l2f将栈顶 long 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x8al2d将栈顶 long 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x8bf2i将栈顶 float 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x8cf2l将栈顶 float 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x8df2d将栈顶 float 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x8ed2i将栈顶 double 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x8fd2l将栈顶 double 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x90d2f将栈顶 double 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x91i2b将栈顶 int 型数值强制转换成 byte 型数值并将结果压入栈顶
0x92i2c将栈顶 int 型数值强制转换成 char 型数值并将结果压入栈顶
0x93i2s将栈顶 int 型数值强制转换成 short 型数值并将结果压入栈顶
0x94lcmp比较栈顶两 long 型数值的大小,并将结果(1、0 或 -1)压入栈顶
0x95fcmpl比较栈顶两 float 型数值的大小,并将结果(1、0 或 -1)压入栈顶;当其中一个数值为“NaN”时,将 -1 压入栈顶
0x96fcmpg比较栈顶两 float 型数值的大小,并将结果(1、0 或 -1)压入栈顶;当其中一个数值为“NaN”时,将 1 压入栈顶
0x97dcmpl比较栈顶两 double 型数值的大小,并将结果(1、0 或 -1)压入栈顶;当其中一个数值为“NaN”时,将 -1 压入栈顶
0x98dcmpg比较栈顶两 double 型数值的大小,并将结果(1、0 或 -1)压入栈顶;当其中一个数值为“NaN”时,将 1 压入栈顶
0x99ifeq当栈顶 int 型数值等于 0 时跳转
0x9aifne当栈顶 int 型数值不等于 0 时跳转
0x9biflt当栈顶 int 型数值小于 0 时跳转
0x9cifge当栈顶 int 型数值大于等于 0 时跳转
0x9difgt当栈顶 int 型数值大于 0 时跳转
0x9eifle当栈顶 int 型数值小于等于 0 时跳转
0x9fificmpeq比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果等于 0 时跳转
0xa0ificmpne比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果不等于 0 时跳转
0xa1ificmplt比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果小于 0 时跳转
0xa2ificmpge比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果大于等于 0 时跳转
0xa3ificmpgt比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果大于 0 时跳转
0xa4ificmple比较栈顶两 int 型数值的大小,当结果小于等于 0 时跳转
0xa5ifacmpeq比较栈顶两引用型数值,当结果相等时跳转
0xa6ifacmpne比较栈顶两引用型数值,当结果不相等时跳转
0xa7goto无条件跳转
0xa8jsr跳转至指定的 16 位 offset 位置,并将 jsr 的下一条指令地址压入栈顶
0xa9ret返回至局部变量指定的 index 的指令位置(一般与 jsr 或 jsr_w 联合使用)
0xaatableswitch用于 switch 条件跳转,case 值连续(可变长度指令)
0xablookupswitch用于 switch 条件跳转,case 值不连续(可变长度指令)
0xacireturn从当前方法返回 int
0xadlreturn从当前方法返回 long
0xaefreturn从当前方法返回 float
0xafdreturn从当前方法返回 double
0xb0areturn从当前方法返回对象引用
0xb1return从当前方法返回 void
0xb2getstatic获取指定类的静态域,并将其值压入栈顶
0xb3putstatic为指定类的静态域赋值
0xb4getField获取指定类的实例域,并将其值压入栈顶
0xb5putfield为指定类的实例域赋值
0xb6invokevirtual调用实例方法
0xb7invokespecial调用超类构造方法、实例初始化方法、私有方法
0xb8invokestatic调用静态方法
0xb9invokeinterface调用接口方法
0xbainvokedynamic调用动态方法
0xbbnew创建一个对象,并将其引用值压入栈顶
0xbcnewarray创建一个指定的原始类型(如 int、float、char 等)的数组,并将其引用值压入栈顶
0xbdanewarray创建一个指定的引用型(如类、接口、数组)的数组,并将其引用值压入栈顶
0xbearraylength获取数组的长度值并压入栈顶
0xbfathrow将栈顶的异常抛出
0xc0checkcast检验类型转换,检验未通过将抛出 ClassCastException
0xc1instanceof检验对象是否是指定类的实例,如果是将 1 压入栈顶,否则将 0 压入栈顶
0xc2monitorenter获取对象的锁,用于同步方法或同步块
0xc3monitorexit释放对象的锁,用于同步方法或同步块
0xc4wide扩展局部变量的宽度
0xc5multianewarray创建指定类型和指定维度的多维数组(执行该指令时,操作栈中必须包含各维度的长度值),并将其引用值压入栈顶
0xc6ifnull为 null 时跳转
0xc7ifnonnull不为 null 时跳转
0xc8goto_w无条件跳转(宽索引)
0xc9jsr_w跳转至指定的 32 位 offset 位置,并将 jsr_w 的下一条指令地址压入栈顶