一段 java 代碼是如何執行的？

原文：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/250559

當你學會了 java 語言之後，你寫了一些代碼，然後你想要執行你的代碼，來達成某些功能。那麼，你都知道這段代碼都是如何執行的嗎？

1. 編譯成 class

衆所周知，java 代碼是不能直接在 jvm 上執行的，執行的是 class 文件，將 java 代碼編程 class 文件，需要編譯

常用的編譯方法是：javac xxx.java

但目前常見的 java 編輯工具，如 eclipse 和 ideal 都自帶自動編譯動能

2. jvm 的構成

讓我們回憶一下 jvm 的構成：

主題上分爲五個部分：

方法區，本地方法棧，java 堆，java 棧，程序計數器

其中，java 棧，本地方法棧，程序計數器爲線程私有，其餘爲線程共享

那麼，方法在哪個地方執行呢？

java 棧。

棧的遵循的方式是先進後出，java 棧中方法的執行也遵循此規律，方法執行的步驟又稱爲棧幀。

3. 方法的順序執行和棧幀

上代碼：

Java 代碼

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();
    }
}

上面是一段很簡單的代碼，主體上就是：

（1）一個 Main 類

（2）上面定義了一個 main 方法

（3）該 main 方法調用了靜態方法 a

（4）方法 a 調用方法 b

（5）方法 b 調用方法 c

（6）方法 c 打印了 “Hello world！”

前文說過，java 定義的非本地方法都是在 java 棧內執行的，一方法一棧幀

所以假設

mian 方法對應棧幀 m

• a 方法對應棧幀 a

• b 方法對應棧幀 b

• c 方法對應棧幀 c

根據方法的調用，入棧順序爲：m，a，b，c

所以，棧幀出棧（即方法執行）順序爲：c，b，a，m

4. class 文件反編譯過後的樣子

上一節，方法或棧幀在 java 棧的執行順序，但在方法體內的內容是怎麼執行的呢。

前文提到，jvm 執行的是 class 文件，而 class 文件內是什麼？

class 文件內是一組指令集。

如何證明呢，還是再看一段代碼。

Java 代碼

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);
    }
}

如上代碼，實現的功能是：

（1）定義兩個變量，相加

（2）main 方法 new 對象，調用方法

但，class 文件是不可以直接查看的。

我們可以採用反編譯的方法，反編譯命令：

javap -c xxx.class

上述文件反編譯後的樣子如下：

每個方法下面的 Code，都是一組指令集。

5. 指令集詳解

在討論指令集之前，首先要講一個概念，那就是對棧幀進一步拆分。

棧幀一共分爲四個部分：局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法返回地址

其中，局部變量表和操作數棧是最重要的兩個部分，局部變量表存放在方法中定義的局部變量，操作數棧相當於 jvm 的一個緩存，所有的操作都必須在此處進行，所有的變量都必須加載到操作數棧才能被使用。所以，所謂指令，就是在局部變量表和操作數棧來回倒騰的過程。

下面對指令進行分類講解：

（1）入棧指令

整型入棧指令：

• 取值 - 1~5 採用 iconst 指令;

• 取值 - 128~127 採用 bipush 指令;

• 取值 - 32768~32767 採用 sipush 指令;

• 取值 - 2147483648~2147483647 採用 ldc 指令。

非整型入棧指令：

• float，String 類型也使用 ldc 指令

• double 和 long 類型使用 ldc_2w

• boolean 類型視作 0 和 1

• null 的入棧指令爲：aconst_null

（2）存儲指令

將操作數棧中的常量保存在局部變量表中的某個位置

如：

• istore_1：將上面入棧的整型常量保存在局部變量表中的第 1 個位置

• fstore_2：將上面入棧的浮點常量保存在局部變量表中的第 2 個位置

• dstore_10: 將上面入棧的雙浮點常量保存在局部變量表中的第 10 個位置

• lstore_20: 將上面入棧的長整常量保存在局部變量表中的第 20 個位置

• astore_100: 將上面入棧的引用常量保存在局部變量表中的第 100 個位置

（3）變量入棧指令

• iload_1：局部變量表中的第 1 個位置的整型變量入棧

• fload_2：局部變量表中的第 1 個位置的浮點型變量入棧

• dload_10: 局部變量表中的第 1 個位置的雙浮點型變量入棧

• lload_20: 局部變量表中的第 1 個位置的長整型變量入棧

• aload_100: 局部變量表中的第 100 個位置的引用型變量入棧

（4）計算指令

• 加：iadd、ladd、fadd、dadd
  減：isub、lsub、fsub、dsub
  乘：imul、lmul、fmul、dmul
  除：idiv、ldiv、fdiv、ddiv

注意：棧頂計算，一次只能計算一個表達式

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